Το κέντρο δεδομένων έχει γίνει η μηχανή της σύγχρονης ζωής. οι αυξανόμενες πληροφορίες δικτύου μεταδίδονται και αποθηκεύονται με υψηλή ταχύτητα μέσω του κέντρου δεδομένων. Οι περισσότερες από τις συνδέσεις εντός του κέντρου δεδομένων είναι σύντομες και κυμαίνονται από λίγα μέτρα έως μερικές εκατοντάδες μέτρα. Σε αυτήν την επικοινωνία δεδομένων μικρής εμβέλειας και υψηλής ταχύτητας,πολυτροπική ίνα και οπτική μονάδα με VCSELκαθώς η συσκευή πυρήνα χρησιμοποιούνται ευρέως. Σε σύγκριση με το σύστημα μετάδοσης μιας λειτουργίας, το σύστημα πολλαπλών λειτουργιών υιοθετεί ένα λέιζερ χαμηλού κόστους και χαμηλής ισχύος για να πραγματοποιήσει γρήγορη και αποτελεσματική σύζευξη μεταξύ της ίνας και του λέιζερ. Η πολυλειτουργική ίνα μπορεί να επιτύχει υψηλότερο ρυθμό μετάδοσης ή μεγαλύτερη απόσταση μετάδοσης από το χάλκινο καλώδιο και χαμηλότερο κόστος από το σύστημα ινών απλής λειτουργίας. Επί του παρόντος, ο ρυθμός εσωτερικής σύνδεσης του κέντρου δεδομένων είναι ήδη100 Gbit/sκαι 400Gbit/s αναμένεται σύντομα. Η βιομηχανία έχει αναπτύξει νέες πολυτροπικές ίνες για να βελτιώσει την απόδοσή της, συμπεριλαμβανομένου του WDM σε μία ίνα. Η πολυτροπική ίνα μεγάλου κύματος υποστηρίζει μεγαλύτερη απόσταση μετάδοσης. Επιπλέον, για την υποστήριξη υψηλής πυκνότητας, μινιατούρα σύνδεσης, τη βελτίωση του ρυθμού χρήσης του χώρου, την απόδοση απαγωγής θερμότητας και την αποτελεσματικότητα διαχείρισης καλωδίων του κέντρου δεδομένων, έχει αναπτυχθεί και αναπτυχθεί γρήγορα ίνα πολλαπλών λειτουργιών με αντίσταση κάμψης. Σε αυτό το άρθρο, η τάση ανάπτυξης της πολυτροπικής ίνας που υποστηρίζει οπτική μονάδα υψηλής ταχύτητας συζητείται συνδυάζοντας την τεχνική αρχή της πολυτροπικής ίνας και την εξέλιξη της τεχνολογίας οπτικών μονάδων.
1. Τεχνολογία οπτικών ινών πολλαπλών λειτουργιών και σενάρια εφαρμογής
Η ανάπτυξη του cloud computing έχει προωθήσει την ανάπτυξη υπερμεγάλων κέντρων δεδομένων, δημιουργώντας έτσι διαφορετικές τάσεις ανάπτυξης από τα παραδοσιακά κέντρα δεδομένων επιχειρήσεων. Είτε εγχώρια είτε διεθνή, η εξέλιξη του ποσοστού θύρας διακομιστή από τους χρήστες του VLCC με υπηρεσίες υπολογιστικού νέφους είναι προφανώς ταχύτερη από αυτή των παραδοσιακών κέντρων δεδομένων επιχειρήσεων. Οι παραδοσιακές επιχειρήσεις θα χρησιμοποιούν σταθερά ίνα πολλαπλών λειτουργιών OM4 και περισσότερο από το 90 τοις εκατό του μήκους του συνδέσμου συστήματος είναι μικρότερο από 100 μέτρα.
Οι χρήστες υπερμεγάλων κέντρων δεδομένων είναι πιο πιθανό να επιλέξουν οπτική ίνα απλής λειτουργίας και το 70 τοις εκατό του μήκους της σύνδεσης του συστήματος είναι πάνω από 100 μέτρα. Η ανάπτυξη υπερμεγάλων κέντρων δεδομένων έχει βελτιώσει το ποσοστό χρήσης της οπτικής ίνας μίας λειτουργίας, αλλά η οπτική ίνα πολλαπλών λειτουργιών εξακολουθεί να έχει τα μοναδικά της πλεονεκτήματα. Αυτά τα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν τη διαθεσιμότητα οπτικών μονάδων χαμηλότερου κόστους, χαμηλότερης κατανάλωσης ενέργειας και αποστάσεων μετάδοσης που καλύπτουν τις περισσότερες συνδέσεις στο κέντρο δεδομένων, επομένως οι λύσεις που βασίζονται σε πολυτροπικές ίνες και πολυτροπικές οπτικές μονάδες παραμένουν ελκυστικές για τους πελάτες.
2. Εύρος ζώνης πολυτροπικής ίνας 850 nm
Διαφορετικά από το σύστημα απλής λειτουργίας, η απόσταση μετάδοσης και ο ρυθμός του συστήματος πολλαπλών λειτουργιών περιορίζονται από το εύρος ζώνης της ίνας πολλαπλών λειτουργιών. Το εύρος ζώνης λειτουργίας της πολυτροπικής ίνας πρέπει να αυξηθεί για να υποστηρίξει τη μεγαλύτερη απόσταση του συστήματος υψηλής ταχύτητας.
Με την ανάπτυξη του σχεδιασμού και της κατασκευής ινών, το εύρος ζώνης της πολυτροπικής ίνας έχει βελτιωθεί σημαντικά. Η πολύτροπη ίνα 62,5 μm έχει υψηλό αριθμητικό διάφραγμα και μεγάλο πυρήνα ινών, που μπορεί να συνδέσει την πηγή φωτός με δίοδο εκπομπής φωτός (LED) στην ίνα και να υποστηρίξει μετάδοση δεδομένων 2 km με ρυθμό 10 Mbit/s ή ακόμα και 100 Mbit/ μικρό. Με την ανάπτυξη του προτύπου Ethernet και χαμηλού κόστους VCSEL 850nm, η ίνα πολλαπλών λειτουργιών με διάμετρο πυρήνα 50 micron είναι πιο δημοφιλής στην αγορά. Η ίνα έχει χαμηλότερη διασπορά λειτουργίας και υψηλότερο εύρος ζώνης και το μέγεθος σποτ και το αριθμητικό διάφραγμα του VCSEL είναι μικρότερα από τα LED, επιτρέποντας στο λέιζερ να συνδεθεί εύκολα σε μια ίνα 50 micron. Με τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας κατασκευής οπτικών ινών και την υιοθέτηση προηγμένης τεχνολογίας ελέγχου δείκτη διάθλασης, η πολυτροπική οπτική ίνα 50μm αναπτύχθηκε από OM2(500 MHz*Km) σε OM3(2 000 MHz*Km) και τώρα έχει αναπτυχθεί σε OM4({ {17}} MHz*Km).
Για ένα σύστημα πολλαπλών λειτουργιών που χρησιμοποιεί 850 nm VCSEL, η περαιτέρω αύξηση του εύρους ζώνης της ίνας πολλαπλών λειτουργιών OM4 δεν μπορεί να κάνει την οπτική μονάδα να μεταδίδει περαιτέρω απόσταση, επειδή το εύρος ζώνης του συστήματος εξαρτάται από το συνδυασμό του εύρους ζώνης ενεργού τρόπου λειτουργίας της ίνας και της διασποράς ( που σχετίζεται με το εύρος της φασματικής γραμμής του λέιζερ VCSEL και το μήκος κύματος της ίνας). Εάν το εύρος ζώνης του συστήματος πρέπει να αυξηθεί, εκτός από το εύρος ζώνης ενεργού τρόπου λειτουργίας της ίνας, πρέπει να βελτιστοποιηθεί και η τιμή διασποράς. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση πολυτροπικής ίνας καθυστέρησης διαφορικής λειτουργίας (DMD) για την αντιστάθμιση της μερικής διασποράς ή με τη χρήση στενότερου πλάτους γραμμής 850nm VCSEL ή με εργασία σε μια περιοχή μεγαλύτερου μήκους κύματος με χαμηλότερη διασπορά.
Ο μέγιστος σχετικός δείκτης διάθλασης του πυρήνα της ίνας επηρεάζει επίσης το μέγιστο εύρος ζώνης. Όταν ο πυρήνας πέσει από 1 τοις εκατό σε 0,75 τοις εκατό, το εύρος ζώνης διπλασιάζεται. Ωστόσο, η μείωση του πυρήνα των ινών θα αυξήσει την απώλεια κάμψης, επομένως είναι απαραίτητο να βελτιστοποιηθεί ο σχεδιασμός της δομής των ινών για να βελτιωθεί η απόδοση κάμψης.
3. Πολύτροπη ίνα που δεν είναι ευαίσθητη στην κάμψη
Σε εφαρμογές κέντρων δεδομένων, χρησιμοποιείται όλο και πιο ευρέως η πολύτροπη ίνα που δεν είναι ευαίσθητη σε κάμψη, η οποία μπορεί να βελτιστοποιήσει τη σχεδίαση οπτικών ινών, υλικού και εξοπλισμού για εξοικονόμηση περισσότερου χώρου, καλύτερη απόδοση ψύξης και πιο βολική σύνδεση και διαχείριση καλωδίων. Ο πυρήνας είναι βαθμολογημένος δείκτης και η επένδυση έχει αυλάκωση χαμηλού δείκτη. Το αυλάκι μειώνει την οπτική ισχύ στην επένδυση και μπορεί να αποτρέψει τη διαρροή οπτικών σημάτων, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση κάμψης της ίνας. Ο σχεδιασμός ινών βελτιστοποιεί το μέγεθος του πυρήνα και του αυλακιού της ίνας και επιτυγχάνει μια ισορροπία μεταξύ της απόδοσης κάμψης και της συμβατότητας με την τυπική πολύτροπη ίνα. Μέσω της λογικής σχεδίασης του πυρήνα και του αυλακιού ίνας, η πολυτροπική ίνα μπορεί να επιτύχει επίπεδο OM4 υψηλού εύρους ζώνης και χαμηλή απώλεια κάμψης. Η απώλεια κάμψης μακροεντολών της πολύτροπης ίνας που δεν είναι ευαίσθητη σε κάμψη είναι περισσότερο από 10 φορές μικρότερη από αυτή της συμβατικής τυπικής πολύτροπης ίνας.
