Rechenzentren sind zum Motor des modernen Lebens geworden. Die zunehmenden Netzwerkinformationen werden mit hoher Geschwindigkeit über das Rechenzentrum übertragen und gespeichert. Die meisten Verbindungen innerhalb des Rechenzentrums sind kurz und reichen von einigen Metern bis zu einigen hundert Metern. Bei dieser Kurzstrecken- und Hochgeschwindigkeits-DatenkommunikationMultimode-Glasfaser- und optisches Modul mit VCSELals Kerngerät sind weit verbreitet. Im Vergleich zum Singlemode-Übertragungsschema verwendet das Multimode-Schema einen kostengünstigen Laser mit geringer Leistung, um eine schnelle und effiziente Kopplung zwischen der Faser und dem Laser zu realisieren. Multimode-Glasfaser kann eine höhere Übertragungsrate oder längere Übertragungsentfernung als Kupferkabel und geringere Kosten als Singlemode-Glasfasersystem erreichen. Derzeit beträgt die interne Verbindungsrate des Rechenzentrums bereits100 Gbit/s, und 400 Gbit/s werden bald erwartet. Die Industrie hat neue Multimode-Fasern entwickelt, um ihre Leistung zu verbessern, einschließlich WDM in Einzelfasern. Langwellen-Multimode-Fasern unterstützen längere Übertragungsentfernungen. Darüber hinaus wurden Multimode-Fasern mit Biegefestigkeit schnell entwickelt und eingesetzt, um hochdichte, miniaturisierte Verbindungen zu unterstützen, die Raumnutzungsrate, die Wärmeableitungseffizienz und die Kabelmanagementeffizienz von Rechenzentren zu verbessern. In diesem Artikel wird der Entwicklungstrend von Multimode-Fasern zur Unterstützung optischer Hochgeschwindigkeitsmodule diskutiert, indem das technische Prinzip von Multimode-Fasern mit der Entwicklung der optischen Modultechnologie kombiniert wird.
1. Multimode-Glasfasertechnologie und Anwendungsszenarien
Die Entwicklung des Cloud Computing hat die Entwicklung supergroßer Rechenzentren vorangetrieben und damit andere Entwicklungstrends als herkömmliche Unternehmensrechenzentren hervorgebracht. Ob im In- oder Ausland, die Entwicklung der Server-Port-Rate durch die Benutzer von VLCC mit Cloud-Computing-Diensten ist offensichtlich schneller als die der traditionellen Unternehmensrechenzentren. Traditionelle Unternehmen werden weiterhin Multimode-OM4-Glasfaser verwenden, und mehr als 90 Prozent der Systemverbindungslänge beträgt weniger als 100 m.
Benutzer sehr großer Rechenzentren entscheiden sich eher für Singlemode-Glasfaser, und 70 Prozent der Systemverbindungslänge beträgt mehr als 100 m. Die Entwicklung supergroßer Rechenzentren hat die Auslastung von Singlemode-Fasern verbessert, Multimode-Fasern haben jedoch immer noch ihre einzigartigen Vorteile. Zu diesen Vorteilen gehören die Verfügbarkeit kostengünstigerer optischer Module, ein geringerer Stromverbrauch und Übertragungsentfernungen, die die meisten Verbindungen im Rechenzentrum abdecken, sodass Lösungen auf Basis von Multimode-Glasfaser und optischen Multimode-Modulen für Kunden weiterhin attraktiv bleiben.
2. Bandbreite einer 850-nm-Multimode-Faser
Anders als beim Singlemode-System sind die Übertragungsentfernung und -rate des Multimode-Systems durch die Bandbreite der Multimode-Faser begrenzt. Die Modenbandbreite von Multimode-Fasern muss erhöht werden, um die größere Entfernung von Hochgeschwindigkeitssystemen zu unterstützen.
Mit der Entwicklung des Faserdesigns und der Faserherstellung wurde die Bandbreite von Multimode-Fasern erheblich verbessert. Die 62,5 μm Multimode-Faser verfügt über eine hohe numerische Apertur und einen großen Faserkern, der eine Leuchtdioden-Lichtquelle (LED) in die Faser einkoppeln und eine Datenübertragung von 2 km mit einer Rate von 10 Mbit/s oder sogar 100 Mbit/s unterstützen kann. S. Mit der Entwicklung des Ethernet-Standards und des kostengünstigen 850-nm-VCSEL erfreuen sich Multimode-Fasern mit einem Kerndurchmesser von 50 Mikrometern immer größerer Beliebtheit auf dem Markt. Die Faser weist eine geringere Modendispersion und eine höhere Bandbreite auf, und die Punktgröße und die numerische Apertur des VCSEL sind kleiner als bei LEDs, sodass der Laser problemlos in eine 50-Mikron-Faser eingekoppelt werden kann. Durch die Optimierung des Herstellungsprozesses für optische Fasern und den Einsatz fortschrittlicher Brechungsindex-Steuerungstechnologie entwickelte sich die 50-μm-Multimode-Glasfaser von OM2 (500 MHz*Km) zu OM3 (2 000 MHz*Km) und hat sich nun zu OM4({ {17}} MHz*Km).
Bei einem Multimode-System mit 850-nm-VCSEL kann eine weitere Erhöhung der Bandbreite der OM4-Multimode-Faser nicht dazu führen, dass das optische Modul eine größere Distanz überträgt, da die Systembandbreite von der Kombination aus der effektiven Modenbandbreite der Faser und der Dispersion abhängt ( was mit der spektralen Linienbreite des VCSEL-Lasers und der Wellenlänge der Faser zusammenhängt. Wenn die Systembandbreite erhöht werden muss, muss zusätzlich zur effektiven Modenbandbreite der Faser der Dispersionswert optimiert werden. Dies kann durch den Einsatz von DMD-Multimode-Fasern (Differential Mode Delay) zur Kompensation der teilweisen Dispersion oder durch die Verwendung einer schmaleren Linienbreite von 850 nm VCSEL oder das Arbeiten in einem längeren Wellenbereich mit geringerer Dispersion erreicht werden.
Auch der maximale relative Brechungsindex des Faserkerns beeinflusst die maximale Bandbreite. Wenn der Kern von 1 Prozent auf 0,75 Prozent sinkt, verdoppelt sich die Bandbreite. Durch die Reduzierung des Faserkerns erhöht sich jedoch der Biegeverlust. Daher muss das Design der Faserstruktur optimiert werden, um die Biegeleistung zu verbessern.
3. Biegeunempfindliche Multimode-Faser
In Rechenzentrumsanwendungen werden immer häufiger biegeunempfindliche Multimode-Fasern eingesetzt, die das Design von Glasfasern, Hardware und Geräten optimieren können, um mehr Platz zu sparen, eine bessere Kühleffizienz sowie ein bequemeres Anschluss- und Kabelmanagement zu erreichen. Der Kern hat einen abgestuften Index und der Mantel hat eine Nut mit niedrigem Index. Die Rille reduziert die optische Leistung im Mantel und kann das Austreten optischer Signale verhindern, wodurch die Biegeleistung der Faser verbessert wird. Das Faserdesign optimiert die Kern- und Rillengröße der Faser und erreicht ein Gleichgewicht zwischen Biegeleistung und Kompatibilität mit Standard-Multimode-Fasern. Durch eine sinnvolle Gestaltung des Faserkerns und der Nut kann eine Multimode-Faser eine hohe Bandbreite und einen geringen Biegeverlust auf OM4-Niveau erreichen. Der Makro-Biegeverlust einer biegeunempfindlichen Multimode-Faser ist mehr als zehnmal geringer als der einer herkömmlichen Standard-Multimode-Faser.
