أصبح مركز البيانات محرك الحياة الحديثة ؛ يتم نقل معلومات الشبكة المتزايدة وتخزينها بسرعة عالية من خلال مركز البيانات. معظم الاتصالات داخل مركز البيانات قصيرة ، وتتراوح من بضعة أمتار إلى بضع مئات من الأمتار. في اتصالات البيانات قصيرة المدى وعالية السرعة ،الألياف متعددة الأوضاع والوحدة الضوئية مع VCSELكما يتم استخدام الجهاز الأساسي على نطاق واسع. بالمقارنة مع نظام النقل أحادي الوضع ، يعتمد المخطط متعدد الأوضاع ليزرًا منخفض التكلفة ومنخفض الطاقة لتحقيق اقتران سريع وفعال بين الألياف والليزر. يمكن أن تحقق الألياف متعددة الأوضاع معدل نقل أعلى أو مسافة نقل أطول من الكبل النحاسي وتكلفة أقل من نظام الألياف أحادي الوضع. في الوقت الحاضر ، معدل الاتصال الداخلي لمركز البيانات هو بالفعل100 جيجابت / ثانية، ومن المتوقع 400 جيجابت / ثانية قريبًا. تعمل الصناعة على تطوير ألياف متعددة الأوضاع جديدة لتحسين أدائها ، بما في ذلك WDM في ألياف أحادية. الألياف متعددة الأوضاع طويلة الموجة تدعم مسافة نقل أطول. بالإضافة إلى ذلك ، من أجل دعم الاتصال عالي الكثافة ، المصغر ، وتحسين معدل استخدام الفضاء ، وكفاءة تبديد الحرارة وكفاءة إدارة الكابلات لمركز البيانات ، تم تطوير ونشر الألياف متعددة الأوضاع مع مقاومة الانحناء بسرعة. في هذا البحث ، تتم مناقشة اتجاه تطوير الألياف متعددة الأوضاع الداعمة للوحدة الضوئية عالية السرعة من خلال الجمع بين المبدأ التقني للألياف متعددة الأوضاع وتطور تقنية الوحدة الضوئية.
1. تقنية الألياف الضوئية متعددة الأوضاع وسيناريوهات التطبيق
عزز تطوير الحوسبة السحابية تطوير مراكز البيانات الضخمة ، وبالتالي توليد اتجاهات تطوير مختلفة من مراكز بيانات المؤسسة التقليدية. سواء كان ذلك محليًا أو دوليًا ، من الواضح أن تطور معدل منفذ الخادم من قبل مستخدمي VLCC مع خدمات الحوسبة السحابية أسرع من مراكز بيانات المؤسسة التقليدية. ستستخدم المؤسسات التقليدية بشكل مطرد ألياف OM4 متعددة الأوضاع ، وأكثر من 90 بالمائة من طول ارتباط النظام أقل من 100 متر.
من المرجح أن يختار مستخدمو مراكز البيانات الكبيرة للغاية الألياف أحادية الوضع ، ويزيد 70 بالمائة من طول ارتباط النظام عن 100 متر. أدى تطوير مراكز البيانات الكبيرة جدًا إلى تحسين معدل استخدام الألياف أحادية الوضع ، لكن الألياف متعددة الأوضاع لا تزال تتمتع بمزايا فريدة. تشمل هذه المزايا توافر وحدات بصرية منخفضة التكلفة ، واستهلاك أقل للطاقة ، ومسافات نقل تغطي معظم الروابط في مركز البيانات ، لذلك تظل الحلول القائمة على الألياف متعددة الأوضاع والوحدات الضوئية متعددة الأوضاع جذابة للعملاء.
2. عرض النطاق الترددي للألياف متعددة الأوضاع 850 نانومتر
يختلف عن النظام أحادي الوضع ، فإن مسافة الإرسال ومعدل النظام متعدد الأوضاع محدودان بعرض النطاق الترددي للألياف متعددة الأوضاع. يجب زيادة عرض النطاق الترددي للوضع للألياف متعددة الأوضاع لدعم المسافة الأطول للنظام عالي السرعة.
مع تطوير تصميم وتصنيع الألياف ، تم تحسين عرض النطاق الترددي للألياف متعددة الأوضاع بشكل كبير. تتميز الألياف متعددة الأوضاع مقاس 62.5 ميكرومتر بفتحة عددية عالية ونواة ألياف كبيرة ، والتي يمكنها ربط مصدر ضوء الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) في الألياف ودعم نقل البيانات لمسافة 2 كم بمعدل 10 ميجابت / ثانية أو حتى 100 ميجابت / س. مع تطوير معيار Ethernet و 850nm VCSEL منخفض التكلفة ، أصبحت الألياف متعددة الأوضاع بقطر أساسي من الألياف 50 ميكرون أكثر شيوعًا في السوق. تتميز الألياف بتشتت وضع أقل ونطاق ترددي أعلى ، وحجم بقعة VCSEL وفتحة العدسة العددية أصغر من LED ، مما يسمح بإقران الليزر بسهولة في ألياف 50 ميكرون. من خلال تحسين عملية تصنيع الألياف الضوئية واعتماد تقنية متقدمة للتحكم في معامل الانكسار ، تم تطوير الألياف الضوئية متعددة الأوضاع 50 ميكرومتر من OM2 (500 ميجاهرتز * كم) إلى OM3 (2 000 ميجاهرتز * كم) ، وتم تطويرها الآن إلى OM4 ({ {17}} ميغا هرتز * كم).
بالنسبة لنظام متعدد الأوضاع يستخدم 850 نانومتر VCSEL ، فإن زيادة عرض النطاق الترددي للألياف متعددة الأوضاع OM4 لا يمكن أن تجعل الوحدة الضوئية ترسل مسافة أكبر ، لأن عرض النطاق الترددي للنظام يعتمد على مزيج من عرض النطاق الترددي للألياف والتشتت ( والذي يرتبط بعرض الخط الطيفي لليزر VCSEL والطول الموجي للألياف). إذا كان عرض النطاق الترددي للنظام بحاجة إلى زيادة ، بالإضافة إلى عرض النطاق الترددي للأسلوب الفعال للألياف ، فيجب تحسين قيمة التشتت. يمكن تحقيق ذلك باستخدام الألياف متعددة الأوضاع لتأخير الوضع التفاضلي (DMD) للتعويض عن التشتت الجزئي ، أو باستخدام عرض خط أضيق يبلغ 850 نانومتر VCSEL أو العمل في منطقة موجة أطول مع تشتت أقل.
يؤثر أيضًا معامل الانكسار النسبي الأقصى لنواة الألياف على الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي. عندما ينخفض المركز من 1 بالمائة إلى 0. 75 بالمائة ، يتضاعف النطاق الترددي. ومع ذلك ، فإن تقليل لب الألياف سيزيد من فقدان الانحناء ، لذلك من الضروري تحسين تصميم هيكل الألياف لتحسين أداء الانحناء.
3. الألياف متعددة الأنماط غير حساسة للانحناء
في تطبيقات مركز البيانات ، يتم استخدام الألياف متعددة الوسائط غير الحساسة للثني على نطاق واسع ، والتي يمكن أن تحسن تصميم الألياف الضوئية والأجهزة والمعدات لتوفير مساحة أكبر ، وتتمتع بكفاءة تبريد أفضل واتصال أكثر ملاءمة وإدارة الكابلات. اللب هو مؤشر متدرج ، والكسوة بها أخدود مؤشر منخفض. يقلل الأخدود من الطاقة الضوئية في الكسوة ويمكن أن يمنع تسرب الإشارات الضوئية ، وبالتالي تحسين أداء الانحناء للألياف. يعمل تصميم الألياف على تحسين الحجم الأساسي والأخدود للألياف ، ويحقق التوازن بين أداء الانحناء والتوافق مع الألياف القياسية متعددة الأوضاع. من خلال التصميم المعقول لقلب الألياف والأخدود ، يمكن للألياف متعددة الأوضاع تحقيق مستوى OM4 من النطاق الترددي العالي وفقدان الانحناء المنخفض. يكون فقدان الانحناء الكلي للألياف متعددة الأوضاع غير الحساسة للثني أكثر من 10 مرات أقل من الألياف التقليدية متعددة الوسائط.
