데이터 센터는 현대 생활의 엔진이 되었습니다. 증가하는 네트워크 정보는 데이터 센터를 통해 고속으로 전송 및 저장됩니다. 데이터 센터 내의 대부분의 연결은 몇 미터에서 수백 미터에 이르기까지 짧습니다. 이러한 근거리 및 고속 데이터 통신에 있어서,VCSEL을 사용하는 다중 모드 파이버 및 광 모듈핵심 장치가 널리 사용되기 때문에. 단일 모드 전송 방식과 비교하여 다중 모드 방식은 저비용 및 저전력 레이저를 채택하여 광섬유와 레이저 간의 빠르고 효율적인 결합을 실현합니다. 다중 모드 광섬유는 구리 케이블보다 더 높은 전송 속도 또는 더 긴 전송 거리를 달성할 수 있으며 단일 모드 광섬유 시스템보다 비용이 저렴합니다. 현재 데이터 센터의 내부 연결 속도는 이미100Gbit/s, 그리고 400Gbit/s가 곧 예상됩니다. 업계에서는 단일 광섬유의 WDM을 포함하여 성능을 향상시키기 위해 새로운 다중 모드 광섬유를 개발해 왔습니다. 장파 다중 모드 광섬유는 더 긴 전송 거리를 지원합니다. 또한, 고밀도, 소형화 연결을 지원하고 데이터 센터의 공간 활용률, 방열 효율 및 케이블 관리 효율을 향상시키기 위해 내굴곡성을 갖는 다중 모드 광섬유가 개발되어 급속히 보급되고 있습니다. 본 논문에서는 다중모드 광섬유의 기술원리와 광모듈 기술의 진화를 결합하여 고속 광모듈을 지원하는 다중모드 광섬유의 개발 동향을 논의한다.
1. 다중 모드 광섬유 기술 및 응용 시나리오
클라우드 컴퓨팅의 발전은 초대형 데이터 센터의 발전을 촉진하여 기존 엔터프라이즈 데이터 센터와는 다른 발전 추세를 생성했습니다. 국내든 국제든 클라우드 컴퓨팅 서비스를 사용하는 VLCC 사용자의 서버 포트 속도의 진화는 분명히 기존 엔터프라이즈 데이터 센터보다 빠릅니다. 전통적인 기업은 다중 모드 OM4 광섬유를 꾸준히 사용할 것이며 시스템 링크 길이의 90% 이상이 100m 미만입니다.
초대형 데이터 센터 사용자는 단일 모드 광섬유를 선택할 가능성이 더 높으며 시스템 링크 길이의 70%는 100m 이상입니다. 초대형 데이터 센터의 발전으로 단일 모드 광섬유의 활용률이 향상되었지만 다중 모드 광섬유는 여전히 고유한 이점이 있습니다. 이러한 이점에는 저렴한 광 모듈의 가용성, 낮은 전력 소비 및 데이터 센터의 대부분의 링크를 커버하는 전송 거리가 포함되므로 다중 모드 파이버 및 다중 모드 광 모듈을 기반으로 하는 솔루션은 여전히 고객에게 매력적입니다.
2. 850nm 다중 모드 광섬유의 대역폭
단일 모드 시스템과 달리 다중 모드 시스템의 전송 거리와 속도는 다중 모드 광섬유의 대역폭에 의해 제한됩니다. 고속 시스템의 장거리를 지원하려면 다중 모드 광섬유의 모드 대역폭을 늘려야 합니다.
광섬유 설계 및 제조의 발전으로 다중 모드 광섬유의 대역폭이 크게 향상되었습니다. 62.5μm 멀티모드 광섬유는 개구수가 크고 광섬유 코어가 커서 발광 다이오드(LED) 광원을 광섬유에 결합하고 10Mbit/s 또는 심지어 100Mbit/s의 속도로 2km의 데이터 전송을 지원할 수 있습니다. 에스. 이더넷 표준 및 저비용 850nm VCSEL의 개발로 코어 직경이 50미크론인 다중 모드 광섬유가 시장에서 더욱 인기를 얻고 있습니다. 광섬유는 모드 분산이 더 낮고 대역폭이 더 높으며 VCSEL의 스폿 크기와 개구수는 LED보다 작기 때문에 레이저를 50미크론 광섬유에 쉽게 결합할 수 있습니다. 광섬유 제조 공정을 최적화하고 고급 굴절률 제어 기술을 채택하여 OM2(500 MHz*Km)에서 OM3(2 000 MHz*Km)까지 개발된 50μm 다중 모드 광섬유는 현재 OM4(2 000 MHz*Km)로 개발되었습니다. {17}} MHz*Km).
850nm VCSEL을 사용하는 다중 모드 시스템의 경우 OM4 다중 모드 광섬유의 대역폭을 추가로 늘리면 시스템 대역폭이 광섬유의 유효 모드 대역폭과 분산의 조합에 따라 달라지기 때문에 광 모듈이 더 멀리 전송할 수 없습니다( 이는 VCSEL 레이저의 스펙트럼 선폭 및 광섬유의 파장과 관련됨). 시스템 대역폭을 증가시켜야 하는 경우 광섬유의 유효 모드 대역폭 외에도 분산 값을 최적화해야 합니다. 이는 DMD(차동 모드 지연) 다중 모드 광섬유를 사용하여 부분 분산을 보상하거나 850nm VCSEL의 더 좁은 선폭을 사용하거나 더 낮은 분산으로 더 긴 파장 영역에서 작업함으로써 달성할 수 있습니다.
파이버 코어의 최대 상대 굴절률도 최대 대역폭에 영향을 줍니다. 코어가 1%에서 0.75%로 떨어지면 대역폭이 두 배가 됩니다. 그러나 섬유 코어를 줄이면 굽힘 손실이 증가하므로 굽힘 성능을 향상시키기 위해 섬유 구조 설계를 최적화해야 합니다.
3. 굽힘에 둔감한 다중 모드 광섬유
데이터 센터 응용 분야에서 굽힘에 민감한 다중 모드 광섬유가 점점 더 널리 사용되어 광섬유, 하드웨어 및 장비의 설계를 최적화하여 더 많은 공간을 절약하고 냉각 효율이 향상되며 연결 및 케이블 관리가 더 편리해집니다. 코어는 등급이 매겨진 인덱스이고 클래딩에는 낮은 인덱스 홈이 있습니다. 그루브는 클래딩의 광 출력을 감소시키고 광 신호의 누출을 방지하여 섬유의 굽힘 성능을 향상시킵니다. 파이버 설계는 파이버의 코어 및 그루브 크기를 최적화하고 굽힘 성능과 표준 다중 모드 파이버와의 호환성 간의 균형을 달성합니다. 광섬유 코어 및 그루브의 합리적인 설계를 통해 다중 모드 광섬유는 OM4 수준의 고대역폭 및 낮은 굽힘 손실을 달성할 수 있습니다. 굽힘에 둔감한 다중 모드 광섬유의 매크로 굽힘 손실은 기존 표준 다중 모드 광섬유보다 10배 이상 낮습니다.
