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Multimode Fibres

Evolution and Application Prospects

多模光纖演進(jìn)及應(yīng)用前景

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

01 引言 Introduction

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(dá)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。

圖1 短波波分復(fù)用（SWDM）
02 多模光纖及相關(guān)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展 Progress of Multimode Fibres and Related Ethernet Standards

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
表1 多模光纖的主要指標(biāo)

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
* 來自802.3cm， 2020年1月發(fā)布表2 采用OM3~OM5光纖的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)
03 多模光纖發(fā)展趨勢 Development Trend of Multimode Fibres

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?？箯澢嗄９饫w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。

圖2 抗彎曲多模光纖折射率剖面

圖3 抗彎曲多模光纖與普通多模光纖宏彎性能比較

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。

04 多模光纖應(yīng)用前景 Application Prospects of Multimode Fibres

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。

總之，多模光纖將繼續(xù)在高速網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮巨大作用。
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