Pusat data telah menjadi enjin kehidupan moden; maklumat rangkaian yang semakin meningkat dihantar dan disimpan pada kelajuan tinggi melalui pusat data. Kebanyakan sambungan dalam pusat data adalah pendek, antara beberapa meter hingga beberapa ratus meter. Dalam komunikasi data jarak pendek dan berkelajuan tinggi ini,gentian berbilang mod dan modul optik dengan VCSELkerana peranti teras digunakan secara meluas. Berbanding dengan skim penghantaran mod tunggal, skim berbilang mod menggunakan laser kos rendah dan berkuasa rendah untuk merealisasikan gandingan yang pantas dan cekap antara gentian dan laser. Gentian pelbagai mod boleh mencapai kadar penghantaran yang lebih tinggi atau jarak penghantaran yang lebih panjang daripada kabel tembaga dan kos yang lebih rendah daripada sistem gentian mod tunggal. Pada masa ini, kadar sambungan dalaman pusat data sudah pun100Gbit/s, dan 400Gbit/s dijangka tidak lama lagi. Industri ini telah membangunkan gentian berbilang mod baharu untuk meningkatkan prestasinya, termasuk WDM dalam gentian tunggal. Gentian berbilang mod gelombang panjang menyokong jarak penghantaran yang lebih panjang. Di samping itu, untuk menyokong ketumpatan tinggi, sambungan kecil, meningkatkan kadar penggunaan ruang, kecekapan pelesapan haba dan kecekapan pengurusan kabel pusat data, gentian pelbagai mod dengan rintangan lentur telah dibangunkan dan digunakan dengan pantas. Dalam makalah ini, trend pembangunan gentian berbilang mod yang menyokong modul optik berkelajuan tinggi dibincangkan dengan menggabungkan prinsip teknikal gentian berbilang mod dan evolusi teknologi modul optik.
1. Teknologi gentian optik pelbagai mod dan senario aplikasi
Pembangunan pengkomputeran awan telah menggalakkan pembangunan pusat data yang sangat besar, sekali gus menjana trend pembangunan yang berbeza daripada pusat data perusahaan tradisional. Sama ada domestik atau antarabangsa, evolusi kadar port pelayan oleh pengguna VLCC dengan perkhidmatan pengkomputeran awan jelas lebih pantas daripada pusat data perusahaan tradisional. Perusahaan tradisional akan terus menggunakan gentian OM4 berbilang mod, dan lebih daripada 90 peratus panjang pautan sistem kurang daripada 100m.
Pengguna pusat data yang sangat besar lebih cenderung untuk memilih gentian mod tunggal dan 70 peratus daripada panjang pautan sistem melebihi 100m. Pembangunan pusat data yang sangat besar telah meningkatkan kadar penggunaan gentian mod tunggal, tetapi gentian berbilang mod masih mempunyai kelebihan uniknya. Kelebihan ini termasuk ketersediaan modul optik berkos rendah, penggunaan kuasa yang lebih rendah dan jarak penghantaran yang meliputi kebanyakan pautan di pusat data, jadi penyelesaian berdasarkan gentian berbilang mod dan modul optik berbilang mod kekal menarik kepada pelanggan.
2. Lebar jalur gentian berbilang mod 850 nm
Berbeza daripada sistem mod tunggal, jarak penghantaran dan kadar sistem berbilang mod dihadkan oleh lebar jalur gentian berbilang mod. Jalur lebar mod gentian berbilang mod perlu ditingkatkan untuk menyokong jarak jauh sistem berkelajuan tinggi.
Dengan pembangunan reka bentuk dan pembuatan gentian, lebar jalur gentian berbilang mod telah dipertingkatkan dengan banyak. Gentian berbilang mod 62.5μm mempunyai apertur berangka yang tinggi dan teras gentian yang besar, yang boleh menggabungkan sumber cahaya diod pemancar cahaya (LED) ke dalam gentian dan menyokong penghantaran data sejauh 2km pada kadar 10 Mbit/s atau bahkan 100 Mbit/ s. Dengan pembangunan standard Ethernet dan VCSEL 850nm kos rendah, gentian berbilang mod dengan diameter teras gentian 50 mikron lebih popular di pasaran. Gentian mempunyai penyebaran mod yang lebih rendah dan lebar jalur yang lebih tinggi, dan saiz titik dan apertur berangka VCSEL adalah lebih kecil daripada LED, membolehkan laser digandingkan dengan mudah ke dalam gentian 50 mikron. Dengan mengoptimumkan proses pembuatan gentian optik dan mengguna pakai teknologi kawalan indeks biasan termaju, gentian optik berbilang mod 50μm dibangunkan daripada OM2(500 MHz*Km) kepada OM3(2 000 MHz*Km), dan kini telah dibangunkan kepada OM4({ {17}} MHz*Km).
Untuk sistem berbilang mod yang menggunakan VCSEL 850 nm, meningkatkan lagi lebar jalur gentian berbilang mod OM4 tidak boleh menjadikan modul optik menghantar jarak yang lebih jauh, kerana lebar jalur sistem bergantung pada gabungan jalur lebar mod berkesan gentian dan penyebaran ( yang berkaitan dengan lebar garis spektrum laser VCSEL dan panjang gelombang gentian). Jika jalur lebar sistem perlu ditingkatkan, sebagai tambahan kepada jalur lebar mod berkesan gentian, nilai penyebaran perlu dioptimumkan. Ini boleh dicapai dengan menggunakan gentian berbilang mod kelewatan mod pembezaan (DMD) untuk mengimbangi penyebaran separa, atau dengan menggunakan lebar garisan yang lebih sempit iaitu 850nm VCSEL atau bekerja di kawasan gelombang yang lebih panjang dengan penyebaran yang lebih rendah.
Indeks biasan relatif maksimum teras gentian juga mempengaruhi lebar jalur maksimum. Apabila teras menurun daripada 1 peratus kepada 0.75 peratus , lebar jalur berganda. Walau bagaimanapun, mengurangkan teras gentian akan meningkatkan kehilangan lenturan, jadi adalah perlu untuk mengoptimumkan reka bentuk struktur gentian untuk meningkatkan prestasi lenturannya.
3. Gentian berbilang mod tidak sensitif lentur
Dalam aplikasi pusat data, gentian multimod tidak sensitif lentur semakin banyak digunakan, yang boleh mengoptimumkan reka bentuk gentian optik, perkakasan dan peralatan untuk menjimatkan lebih banyak ruang, mempunyai kecekapan penyejukan yang lebih baik dan sambungan dan pengurusan kabel yang lebih mudah. Teras adalah indeks berperingkat, dan pelapisan mempunyai alur indeks yang rendah. Alur mengurangkan kuasa optik dalam pelapisan dan boleh menghalang kebocoran isyarat optik, sekali gus meningkatkan prestasi lenturan gentian. Reka bentuk gentian mengoptimumkan saiz teras dan alur gentian, dan mencapai keseimbangan antara prestasi lenturan dan keserasian dengan gentian multimod standard. Melalui reka bentuk yang munasabah bagi teras gentian dan alur, gentian berbilang mod boleh mencapai tahap OM4 lebar jalur yang tinggi dan kehilangan lenturan yang rendah. Kehilangan lenturan makro gentian multimod tidak sensitif lentur adalah lebih daripada 10 kali lebih rendah daripada gentian multimod standard konvensional.
