摘要：數(shù)據(jù)中心傳輸速率提升，對多模光纖性能提出了更高要求，多模光纖向高帶寬、抗彎曲、多波長方向發(fā)展，多模光纖與VCSEL激光器組合仍然是成本最低的高速短距互連方案，并行技術(shù)與SWDM技術(shù)相結(jié)合是未來多模光纖的主要應(yīng)用方案。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心，多模光纖，OM5，SWDM
多模光纖主要用于數(shù)據(jù)中心，據(jù)統(tǒng)計，大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)部光互連傳輸帶寬的要求幾乎每兩年翻一番，這個速度是接入網(wǎng)、城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)無法比擬的，率先采用400G光模塊的是數(shù)據(jù)中心。采用多模光纖的400G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)400GBASE-SR16，400GBASE-SR8和400GBASE-SR4.2已經(jīng)發(fā)布。
在傳輸速率提升的推動下，多模光纖的應(yīng)用近幾年出現(xiàn)了三個重要變化：一是單波長已經(jīng)達到25G、50G；二是并行技術(shù)（Parallel Optics Technology，采用MPO連接器）大量采用；三是短波波分復(fù)用（SWDM，Short Wavelength Division Multiplexing，見圖1）相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟。這些對多模光纖提出了新的要求，特別是多模光纖的幾何和帶寬性能，以及產(chǎn)品的一致性和均勻性。
十幾年來，多模光纖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是與VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展高度關(guān)聯(lián)的，IEEE 802.3系列以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)把多模光纖和VCSEL激光器結(jié)合在一起，構(gòu)成多種傳輸解決方案。
多模光纖已經(jīng)發(fā)展到第5代，從OM1到OM5，具體的指標(biāo)見表1。其中，OM3~OM5是基于VCSEL激光器作為光源設(shè)計的，增加了有效模式帶寬的指標(biāo)。OM5光纖國際標(biāo)準(zhǔn)由ISO/IEC在2017年發(fā)布，增加了953nm的帶寬指標(biāo)，為短波波分復(fù)用（SWDM）奠定了基礎(chǔ)。
| 光纖類別 | 芯徑（um） | 最小有效模式帶寬 （MHz.km） |
最小滿注入帶寬 （MHz.km） |
|||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 850nm | 953nm | 850nm | 953nm | 1300nm | ||
| OM1 | 62.5 | / | / | 200 | / | 500 |
| OM2 | 50 | / | / | 200 | / | 500 |
| OM3 | 50 | 2000 | / | 1500 | / | 500 |
| OM4 | 50 | 4700 | / | 3500 | / | 500 |
| OM5 | 50 | 4700 | 2470 | 3500 | 1850 | 500 |
根據(jù) IEEE 802.3系列以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，OM3~OM5光纖在10G~400G系統(tǒng)的傳輸距離見表2。在40G、100G、400G系統(tǒng)中，采用的并行技術(shù)和SWDM技術(shù)。
| 速率(Gb/s) | 標(biāo)準(zhǔn) | 波長(nm) | 雙向通信 光纖數(shù)量 |
最大傳輸距離（m） | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 10 | 10GBASE-SR | 850 | 2 | 300 | 550 | 550 |
| 25 | 25GBASE-SR | 850 | 2 | 70 | 100 | 100 |
| 40 | 40GBASE-SR4 | 850 | 8 | 100 | 150 | 150 |
| 100 | 100GBASE-SR4 | 850 | 8 | 70 | 100 | 100 |
| 100GBASE-SR10 | 850 | 20 | 100 | 150 | 150 | |
| 400 | 400GBASE-SR16 | 850 | 32 | 70 | 100 | 100 |
| 400GBASE-SR8* | 850 | 16 | 70 | 100 | 100 | |
| 400GBASE-SR4.2* | 850，910 | 8 | 70 | 100 | 150 | |
多模光纖在性能上主要有三大發(fā)展趨勢：高帶寬、抗彎曲、多波長。
高帶寬主要通過平臺工藝優(yōu)化、以及光纖折射率剖面和材料組分的優(yōu)化來實現(xiàn)。采用PCVD工藝制成的光纖預(yù)制棒由數(shù)千層的沉積層組成，具有精確的折射率分布， PCVD工藝是制造高帶寬多模光纖的最佳工藝。
抗彎曲性能是通過下陷內(nèi)包層的折射率剖面設(shè)計來實現(xiàn)的，抗彎曲多模光纖的折射率剖面見圖2。抗彎曲多模光纖與普通多模光纖宏彎性能比較見圖3。抗彎曲性能的顯著提升為數(shù)據(jù)中心復(fù)雜密集布線提供了更高的可靠性保障。
OM5光纖是第一種標(biāo)準(zhǔn)化的著眼于多波長應(yīng)用的多模光纖。已經(jīng)有很多關(guān)于OM3~OM5光纖在850nm之外波長的傳輸試驗報道，一些企業(yè)和科研單位主要開展了880nm、910nm、940nm、980nm、1060nm波長的傳輸測試，試驗結(jié)果表明：在880nm~1060nm波長范圍內(nèi)，OM5光纖的傳輸距離明顯優(yōu)于OM4光纖。多波長應(yīng)用的多模光纖，以及相關(guān)VCSEL激光器的發(fā)展還只是個開始，未來，這個領(lǐng)域的開拓還會不斷深入。
多模光纖與VCSEL激光器組合依然是成本最低的高速短距互聯(lián)方案。并行技術(shù)與SWDM技術(shù)結(jié)合可以大幅提高多模光纖系統(tǒng)傳輸容量，為數(shù)據(jù)中心高速傳輸提供了解決方案。所以，多模光纖仍然具有很長的生命期。多模光纖的用量、特別是高端多模光纖（OM3~OM5）的用量將持續(xù)增長。SWDM產(chǎn)業(yè)鏈在未來幾年將逐步成熟，SWDM技術(shù)也將在未來幾年獲得規(guī)模應(yīng)用，OM5光纖的用量將快速增長。
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