上海天誠(chéng)通信技術(shù)股份有限公司 陳炳炎 聞炳亮

1. 多模光纖的發(fā)展歷史

1.1 多模光纖規(guī)范

多模光纖主要用于數(shù)據(jù)通信。ISO/IEC 11801 在2002年9月頒布了新的多模光纖標(biāo)準(zhǔn)，將多模光纖重新分為OM1,OM2和OM3三類，OM1和OM2為傳統(tǒng)以LED為光源的多模光纖，OM3則為應(yīng)用VCSEL光源、波長(zhǎng)為850nm的50/125mm的激光優(yōu)化光纖。2009年8月TIA通過了新的EIA/TIA492AAD定義的OM4多模光纖標(biāo)準(zhǔn)，OM4實(shí)際上是OM3光纖的升級(jí)版。

OM5光纖是采用VCSEL光源, 為短波長(zhǎng)的波分復(fù)用（SWDM）設(shè)計(jì)的梯度型折射率分布、50/125 mm多模光纖, 與常規(guī)OM4光纖祗是在850nm波長(zhǎng)附近有高帶寬不同, OM5寬帶多模光纖在850-950nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)都具有高帶寬，適用于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò), 為未來100Gb/s到400Gb/s 多波長(zhǎng)系統(tǒng)提供了光纖解決方案。OM5寬帶多模光纖是早在2014年10月，為建立VCSEL激光優(yōu)化另一個(gè)維度的系統(tǒng), 由TIA提出建議、稱之為寬帶OM4的多模光纖, 于2016年10月正式定名為OM5寬帶多模光纖。

OM5寬帶多模光纖可在850nm到953nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) 四波長(zhǎng)波分復(fù)用, 如圖1 所示。波長(zhǎng)λc 分別為853 、883、914、946nm; 通帶寬約為14nm, 防護(hù)帶寬約為16nm。近年來由于1060nm VCSEL收發(fā)模塊的開發(fā)成功，有望出現(xiàn)長(zhǎng)波長(zhǎng)多模光纖(波長(zhǎng)從850nm到1060nm:損耗從2.3dB/km下降為0.95dB/km; 波長(zhǎng)色散從 -90.42ps/nm.km下降到 -34.2ps/nm.km )。

圖1 OM5多模光纖在850nm到953nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)四波長(zhǎng)波分復(fù)用

1.2 彎曲損耗不敏感多模光纖

在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用中彎曲損耗不敏感多模光纖的使用愈益廣泛，它可以優(yōu)化設(shè)計(jì)光纜、硬件及設(shè)備，以節(jié)約空間，提高冷卻效率，便于連接及線纜管理。

彎曲不敏感OM3/ OM4多模光纖(bend insensitive multimode fiber, BIMMF)的折射率剖面結(jié)構(gòu)基本與標(biāo)準(zhǔn)的多模光纖相似,如圖2所示。BIMMF的折射率剖面分布，在纖芯區(qū)與常規(guī)的50mm的多模光纖相同，祗是在近纖芯的包層區(qū)設(shè)置環(huán)溝型折射率下陷區(qū)（trench-assisted multimode fiber）。

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在常規(guī)的多模光纖MMF中, 位于纖芯區(qū)的低價(jià)導(dǎo)模處于強(qiáng)導(dǎo)狀態(tài), 而在靠近纖芯-包層界面?zhèn)鞑サ母唠A導(dǎo)模,因其有效折射率neff接近包層折射率n2,故處于弱導(dǎo)狀態(tài)。處于弱導(dǎo)狀態(tài)的高階導(dǎo)模在光纖彎曲半徑太小時(shí), 其光強(qiáng)會(huì)逸出纖芯, 造成光纖損耗。而在彎曲不敏感光纖BIMMF中，下陷的環(huán)溝型折射率分布區(qū)有兩個(gè)界面，其內(nèi)界面折射率從大到小，形成導(dǎo)光界面。由于此界面的存在，增強(qiáng)了光纖纖芯中導(dǎo)模的傳導(dǎo)性，從而使原為弱導(dǎo)狀態(tài)的高階導(dǎo)模轉(zhuǎn)化為強(qiáng)導(dǎo)狀態(tài)，而下陷的環(huán)溝型折射率分布區(qū)的外界面折射率從小到大，形成折光界面。由于這一特殊的折射率剖面結(jié)構(gòu)，在BIMMF光纖中存在著傳導(dǎo)性的漏泄模（leaky mode）。漏泄模是本征方程在截止區(qū)外的解析連續(xù)，他們的場(chǎng)是相同的, 但其本征值或傳播常數(shù)是本征方程的復(fù)數(shù)解,因而漏泄模在傳播中有固有衰減而無法正常傳播。漏泄模的有效折射率neff小于包層折射率n2。在常規(guī)多模光纖中，漏泄模耗衰得很快，因?yàn)槌Ｒ?guī)光纖中沒有折射率剖面結(jié)構(gòu)可支持其在光纖中傳播。而正是BIMMF光纖中，這一特殊的折射率剖面結(jié)構(gòu)形式，強(qiáng)勢(shì)地維持著在靠近纖芯-包層界面?zhèn)鞑サ母唠A導(dǎo)模的傳導(dǎo)性，從而有效地改善了光纖的抗彎曲性能。

圖2 常規(guī)的多模光纖MMF和彎曲不敏感光纖BIMMF的模場(chǎng)

2. 寬帶多模光纖的設(shè)計(jì)

梯度型折射率分布多模光纖的徑向折射率n(r)可表示為：

其中,Δ為相對(duì)折射率差:

r為所述多模光纖中某個(gè)點(diǎn)距離芯層中心軸的徑向距離，為芯層半徑，n 0為芯層中心的折射率，nc為包層折射率，α為芯層剖面折射率分布參數(shù)，

多模光纖的最佳折射率剖面分布參數(shù)αopt如下式所示:

其中

摻雜石英玻璃的折射率和波長(zhǎng)的關(guān)系可由Sellmeier方程表示：

式中，A i為振子強(qiáng)度因子，L i為振子波長(zhǎng)因子。對(duì)于含有m種組分的玻璃，這兩個(gè)因 子由以下兩個(gè)公式?jīng)Q定：

其中，Mj是第j種組分的摩爾濃度，Aij和Lij分別是該組分的振子強(qiáng)度和波長(zhǎng)因子。

綜合上述方程可以計(jì)算所述多模光纖在不同波長(zhǎng)的優(yōu)化α opt，其中αopt隨傳輸波長(zhǎng)變化非常明顯。對(duì)于傳統(tǒng)多模光纖，α opt對(duì)波長(zhǎng)變化的敏感性非常高，當(dāng)αopt一定時(shí)，其帶寬性能通常在特定的工作波長(zhǎng)下達(dá)到最優(yōu)，當(dāng)工作波長(zhǎng)變大或變小，其帶寬性能都會(huì)明顯下降。因此，目前該傳統(tǒng)多模光纖難以滿足OM5技術(shù)的應(yīng)用要求。

為了解決市場(chǎng)對(duì)光纖帶寬容量不斷提升的需求，非常有必要在高帶寬且滿足多模光纖標(biāo)準(zhǔn)的前提下降低最優(yōu)αopt與波長(zhǎng)之間的敏感性，優(yōu)化帶寬的多波長(zhǎng)特性，設(shè)計(jì)出能夠滿足多波長(zhǎng)范圍的寬帶多模光纖。通過纖芯摻雜結(jié)構(gòu)的改變，調(diào)節(jié)參數(shù)為最佳值，使得多模光纖的漸變折射率剖面得到優(yōu)化，從而能降低αopt與波長(zhǎng)之間的敏感性，實(shí)現(xiàn)寬帶性能的優(yōu)化。寬帶多模光纖的帶寬/波長(zhǎng)特性如圖3所示，圖中曲線1為未優(yōu)化光纖，曲線2為經(jīng)優(yōu)化的寬帶多模光纖的帶寬/波長(zhǎng)特性。

圖3 寬帶多模光纖的帶寬/波長(zhǎng)特性

3. 多模光纖的波長(zhǎng)色散

對(duì)于使用850nmVCSEL的多模系統(tǒng)，進(jìn)一步提高OM4多模光纖的帶寬并不能使光模塊傳輸更長(zhǎng)的距離，因?yàn)橄到y(tǒng)帶寬取決于光纖有效模式帶寬和色散（與VCSEL的譜寬和光纖波長(zhǎng)有關(guān)）的綜合作用。如要增加系統(tǒng)帶寬，除了光纖的模式帶寬外，還需耍優(yōu)化色散值。這可以通過差分模式延遲（DMD）多模光纖補(bǔ)償部分色散，也可使用更窄譜線寬度的850nm的VCSEL或工作在更低色散的長(zhǎng)波區(qū)域。

多模光纖的色散包括模間色散(intermodal dispersion)和模內(nèi)色散(intramodal dispersion)兩部份, 在光纖數(shù)字信號(hào)傳輸中, 輸入光脈沖在多模光纖中分成從基模到最高階模的各階模式, 每階模式分別承載一部份脈沖功率, 在輸出端重新組合成輸出光脈沖, 但各模式因在光纖中的傳輸時(shí)間不同, 故而到達(dá)輸出端的時(shí)間不同, 造成輸出脈沖展寬, 此即模間色散。階躍型折射率剖面的多模光纖模間色散很大，嚴(yán)重制約了光纖的傳輸速率，故采用梯度型折射率剖面的多模光纖, 使各階模式在光纖中有基本相同的傳輸時(shí)間, 從而可顯著減小模間色散，以增大傳輸速率。作為比較，階躍型折射率剖面和梯度型折射率剖面的多模光纖的模間色散分別為84.76ns/km和0.18ns/km（NA=0.275, n1=1.487）。模內(nèi)色散是指: 單一模式的脈沖是包含不同波長(zhǎng)分量所組成的，不同波長(zhǎng)分量因在光纖中傳輸時(shí)間不同, 造成輸出脈沖展寬, 故模內(nèi)色散又可稱為波長(zhǎng)色散(chromatic dispersion)。波長(zhǎng)色散包括材料色散和波導(dǎo)色散兩部份, 波導(dǎo)色散在單模光纖中起著重要作用, 但在多模光纖中可忽略不計(jì), 因此多模光纖的模內(nèi)色散, 或稱波長(zhǎng)色散主要就是指材料色散。材料色散是由材料的色散特性造成的脈沖展寬: 由于光纖材料（二氧化硅）的折射率在紅外波段是波長(zhǎng)的函數(shù)，即n=n(λ), 而光波在介質(zhì)中的傳播速度為v=c/ n(λ), c為光速, 這樣, 光波的傳播速度因隨波長(zhǎng)而變化, 從而產(chǎn)生材料色散。在1300nm波長(zhǎng)上材料色散為零, 加上處于光纖的低損耗窗口,故而多模光纖的工作波長(zhǎng)為850nm和1300nm。在波長(zhǎng)為850nm處的波長(zhǎng)色散系數(shù)可從多模光纖的零色散波長(zhǎng)λ0和零色散斜率S 0計(jì)算得到為0.105ns/nm.km (λ 0為1343nm; S0=0.097ps/nm2.km)。由此可見，當(dāng)光源譜寬(nm）較大時(shí), 梯度型折射率剖面的多模光纖的波長(zhǎng)色散會(huì)大于模間色散。因而在梯度型折射率剖面的多模光纖的技術(shù)規(guī)范中均會(huì)列出零色散波長(zhǎng)λ0和零色散斜率S 0的數(shù)值。采用VCSEL激光器作為光源的激光優(yōu)化的光纖為50/125mm的梯度型折射率剖面的多模光纖, 工作波長(zhǎng)為850nm。

4. 多模光纖的帶寬測(cè)量

傳統(tǒng)的多模光纖以LED為光源,多模光纖的滿注入OFL（Over-filled Launch）帶寬反映的是對(duì)光纖在LED光源環(huán)境下的帶寬性能指標(biāo)，通?？捎脮r(shí)域（脈沖展寬）和頻域(掃頻)方法測(cè)量其帶寬,并可通過富里哀變換進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。隨著網(wǎng)絡(luò)速率和規(guī)模的提高，調(diào)制速率達(dá)到10Gbit/s的短波長(zhǎng)850nm的VCSEL激光光源成為高速網(wǎng)絡(luò)的光源之一,因而OM3、OM4光纖的注入條件與LED光源完全不同, 需釆用綜合VCSEL光源注入特性的有效模式帶寬的測(cè)量方法，

有效模式帶寬(Calculated Effective Mode Bandwidth) EMB方法:是將光纖的實(shí)測(cè)DMD輸出時(shí)延響應(yīng)U(r,t)與工作在850nm波長(zhǎng)的VCSEL激光器的光強(qiáng)分布特性相結(jié)合, 通過計(jì)算方法得到的VCSEL光纖系統(tǒng)的帶寬, 用以確定光纖在10Gbit/s以太網(wǎng)的使用性能。

EMB測(cè)量過程原理如圖4所示, 步驟如下：

(a) 測(cè)出光纖的DMD, 即探測(cè)激光光源輸出脈沖幅度對(duì)時(shí)間t和徑向偏移r的分布函數(shù)U(r,t) ；

(b)將從VCSEL的徑向強(qiáng)度分布函數(shù)(環(huán)型通量 Encircled Flux)數(shù)據(jù)導(dǎo)出的加權(quán)函數(shù) W(r), 與DMD數(shù)據(jù)相結(jié)合, 得到光纖加權(quán)DMD函數(shù)；

(c)光纖加權(quán)DMD函數(shù)W(r)U(r,t) , 它反映了VCSEL的光功率分布特性；

(d) 將各徑向偏移點(diǎn)r的DMD脈沖求和, 從而得到合成的光纖的輸出脈沖響應(yīng)：

(e) 通過富里哀變換(Fourier transform (FT)) 可求得VCSEL-光纖組合系統(tǒng)的傳輸函數(shù)(頻率響應(yīng))，并由此得到有效模式帶寬的計(jì)算值(EMBc)：

式中R(t)為由DMD注入所產(chǎn)生的參考輸入脈沖。

由此求得的光纖有效模式帶寬既反映了光纖的帶寬特性, 又與VCSEL光源的EF注入條件有關(guān)。這種通過計(jì)算方法得到的EMB,可模擬為VCSEL光源本身注入光纖得到的光纖傳輸性能, 如表1所示:

表1 VCSEL光源輸入光纖的傳輸性能

輸入脈沖

光纖鏈路傳輸特性

輸出脈沖

時(shí)域

R(t）

hfiber(t)

P0(t)

頻域

FT[R(t)][

Hfiber(f)

FT[P0(t)]

表中hfiber(t) 為光纖鏈路的脈沖響應(yīng)(Impulse Response), Hfiber(f)為hfiber(t) 的富里哀變換, 即光纖鏈路的帶寬特性。P0(t)為R(t) 和hfiber(t) 的卷積。

圖4 EMB測(cè)量過程原理

5. 多波長(zhǎng)復(fù)用技術(shù)

業(yè)界正在探索使用多波長(zhǎng)復(fù)用的方式來減少光纖的使用數(shù)量。目前市場(chǎng)上有兩種基于多波長(zhǎng)復(fù)用技術(shù)的產(chǎn)品。一種是BiDi(Bi－direction)技術(shù)，如圖 5(以40G為例)所示，光模塊有兩個(gè)20 Gbps的雙向通道，每根光纖都具有發(fā)送和接收功能(多模光纖支持850nm和900nm兩個(gè)波長(zhǎng))，最終在2根光纖上實(shí)現(xiàn)了40G 傳輸，且無需額外安裝MPT 連接器。值得注意的是，由于BiDi 收發(fā)器的每根光纖既傳輸又接收信號(hào)，所以不支持端口分支功能。另一種技術(shù)是 短波分復(fù)用(SWDM)技術(shù), 如6所示。與BiDi 類似， SWDM僅需要一個(gè)兩芯LC 雙工連接，不同的是SWDM 需要工作在850nm 到940nm 之間4 個(gè)不同的波長(zhǎng)上，其中一根光纖用于傳輸信號(hào)，另一根用于接收信號(hào)。

圖5 BiDi(Bi－direction)技術(shù)，

圖6 短波分復(fù)用(SWDM)技術(shù)

6. PAM4調(diào)制技術(shù)

PAM4 (4-Level Pulse Amplitude Modulation, 四電平脈沖幅度調(diào)制), 是PAM調(diào)制技術(shù)的一種，其采用4個(gè)不同的信號(hào)電平來進(jìn)行信號(hào)傳輸，每個(gè)符號(hào)周期可以表示2個(gè)bit的邏輯信息, 也就是一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)是四個(gè)電平。

NRZ(Non-return-to-zero)信號(hào)傳輸技術(shù)是傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)采用最多的，即采用高，低兩種信號(hào)電平來表示要傳輸?shù)臄?shù)字邏輯信號(hào)的1/0信息，每個(gè)信號(hào)符號(hào)周期可以傳輸1bit的邏輯信息。

圖7是典型的PAM4與NRZ 的信號(hào)波形及眼圖對(duì)比。

圖7 PAM4與NRZ調(diào)制技術(shù)

與NRZ相比, PAM4具有4種數(shù)字幅度電平,每個(gè)電平或符碼都包含兩個(gè)信息bit, 在相同的波特率下，吞吐量是NRZ的兩倍。

網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的快速發(fā)展，帶來了更高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的需求。一般提升光通信傳輸速率有三種方式：

1. 提高調(diào)制速率;

2. 增加WDM信道數(shù)目;

3. 增加電平數(shù)目。

PAM4技術(shù)可以有效提升帶寬利用效率，同時(shí)PAM4采用高階調(diào)制格式，就是一個(gè)有效的方式來降低光學(xué)器件的采用數(shù)量，降低對(duì)光學(xué)器件性能的要求以及在不同應(yīng)用場(chǎng)合的性能，成本，功耗以及密度之間達(dá)到一個(gè)平衡。大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的到來，流量的增長(zhǎng)，迫切需要一個(gè)更復(fù)雜的調(diào)制方式,PAM4更高效的調(diào)制技術(shù)。

在新一代的200G/400G接口標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，普遍的訴求是每對(duì)差分線上的數(shù)據(jù)速率要提高到50Gbps以上。如果仍然采用NRZ技術(shù)，由于每個(gè)符號(hào)周期只有不到20ps, 對(duì)于收發(fā)芯片以及傳輸鏈路的時(shí)間裕量要求更加苛刻，所以PAM4技術(shù)的采用幾乎成為了必然趨勢(shì) 。

PAM4調(diào)制的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ):

一般實(shí)現(xiàn)PAM4調(diào)制的技術(shù)分為兩類，分別是基于DSP的數(shù)字DAC實(shí)現(xiàn)方法或者是基于模擬的Combine方法 。主流的模擬方式是基于MSB+LSB Combiner來實(shí)現(xiàn)PAM4信號(hào)，有兩路NRZ信號(hào)進(jìn)行相加操作。主流的數(shù)字方式是基于高速DAC的方式進(jìn)行0/1/2/3電平的快速輸出。

PAM4信號(hào)作為下一代數(shù)據(jù)中心中高速信號(hào)互連的熱門信號(hào)傳輸技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于200G/400G接口的電信號(hào)或光信號(hào)。

7．MPO/MTP分支跳線

MPO（Multi Push On）是一種多芯光纖連接器類型，被IEEE標(biāo)準(zhǔn)所采納作為40G/100G傳輸?shù)倪B接器類型一種。MPO 高密度光纖預(yù)連接系統(tǒng)目前主要用于三大領(lǐng)域：數(shù)據(jù)中心的高密度環(huán)境的應(yīng)用；光纖到大樓的應(yīng)用；在分光器、光收發(fā)設(shè)備內(nèi)部的連接應(yīng)用。MPO連接器是一種多芯數(shù)連接器標(biāo)準(zhǔn)，通常將12芯光纖排為一列，可支持一列或多列光纖在同一個(gè)MPO連接器內(nèi)，根據(jù)連接器內(nèi)排放的芯數(shù)不同分為一列（12芯），多列（24芯或以上）。

MTP 是美國(guó) US Conec 公司生產(chǎn)注冊(cè)的MPO光纖連接器品牌，其生產(chǎn)的多芯連接器散件和插芯，專稱為MTP連接器。

MPO連接器采用MT（Mechanical Type）插芯，即機(jī)械式的對(duì)接傳輸，插芯為多芯數(shù)(通常是12芯)。日本住友和藤倉兩家公司在MT/MPO光纖連接器方面所進(jìn)行的研究開發(fā)工作。研究重點(diǎn)在這些連接器中的關(guān)鍵部件MT套筒的改進(jìn)。采用了注入成形 ( injection molding) 法，并選用了PPS(聚苯撐硫)作為基樹脂，這種樹脂具有低的熱膨脹系數(shù)、低的吸水率和高的機(jī)械強(qiáng)度。還選擇了合適的填料混進(jìn)基樹脂中來改善其特性; 提出了在連接端面附近的導(dǎo)引孔周圍打倒角，以改善反復(fù)接插的耐久性。開發(fā)了2-維陣列MT連接器用的24芯扁光纖帶光纜代替圓光纜。

MTP光纖連接器有至少四種標(biāo)準(zhǔn)的匹配散件，可適配不同類型的光纜，更具實(shí)用性，其中包括：松套結(jié)構(gòu)的圓型光纜；橢圓外被的帶狀光纜; 帶狀裸纖；超短尾套連接器散件，非常適合應(yīng)用在狹小的空間里，減少45%的體積。

上海天誠(chéng)通信技術(shù)股份有限公司開發(fā)的整套MPO/MTP鏈路解決方案 ：

MPO/MTP光纖鏈路的單元組件主要有4種，其中有MTP/MPO-MTP/MPO預(yù)端接主干、MTP/MPO-LC光纖盒、MTP/MPO-LC分支跳線、以及LCD-LCD光纖跳線（如圖8所示）。

圖8 MPO/MTP-LC分支跳線

（1）MTP/MPO-MTP/MPO預(yù)端接主干

優(yōu)點(diǎn)：分支器有自主設(shè)計(jì)的專利；可支持8~192芯主干纜設(shè)計(jì)要求；連接器使用進(jìn)口的高端MTP/MPO連接器；滿足1U配線架的96/144/192通道的設(shè)計(jì)需要。

性能參數(shù)：?jiǎn)蝹€(gè)MTP/MPO連接器超低損品質(zhì)，損耗值在0.2dB以下（跳線長(zhǎng)度需增加光纜本身損耗）。

運(yùn)用場(chǎng)景：中短距離的機(jī)架或機(jī)柜之間數(shù)據(jù)傳輸交互。

（2）MTP/MPC-LC 光纖盒（24芯光纖盒、12芯超高密度光纖盒）

優(yōu)點(diǎn)：光纖盒有自主設(shè)計(jì)的專利；24芯MTP/MPO-LC光纖盒可以滿足1U配線架96通道設(shè)計(jì)；12芯MTP/MPO-LC超高密度光纖盒可滿足1U配線架144/192通道設(shè)計(jì)。

性能參數(shù)：整個(gè)光纖盒（MPO+LC連接器）的超低損品質(zhì)，總損耗值可達(dá)到0.35dB以下（內(nèi)部光纖長(zhǎng)度0.4米左右，光纜本身損耗可忽略不計(jì)）。

運(yùn)用場(chǎng)景：把MTP/MPO連接器轉(zhuǎn)化成LC連接器，通過LC連接器的分配與對(duì)應(yīng)的LC型交換機(jī)連接傳輸數(shù)據(jù)。

（3）MTP/MPO-LC分支跳線

優(yōu)點(diǎn)：可使用12芯或24芯規(guī)格的MTP/MPO連接器；可滿足8芯、12芯和16芯、24芯通道的設(shè)計(jì)要求。

性能參數(shù)：2米長(zhǎng)度的整根跳線（MPO+LC連接器）的超低損品質(zhì)，總損耗值可達(dá)到0.35dB以下（跳線長(zhǎng)度需增加光纜本身損耗）。

運(yùn)用場(chǎng)景：產(chǎn)品靈活運(yùn)用于數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器之間的光互連、短距離的機(jī)架或機(jī)柜之間數(shù)據(jù)連接、或者將1個(gè)100G QSFP28 SR4光模塊連接到4個(gè)25G SFP28 SR光模塊。

（4）LCD-LCD Uniboot跳線

優(yōu)點(diǎn)：跳線使用單管雙芯光纜，極大的縮小了光纜體積減少布線空間的占有率；連接器可轉(zhuǎn)換極性的設(shè)計(jì)，方便客戶臨時(shí)更換產(chǎn)品極性。

性能參數(shù)：?jiǎn)蝹€(gè)LCD連接器的超低損品質(zhì)，損耗值可達(dá)到0.1dB以下（跳線長(zhǎng)度需增加光纜本身損耗）。

運(yùn)用場(chǎng)景：主要用在配線架與交換機(jī)之間的連接，接口必須是LC適配器接口。

MPO/MTP-LC分支跳線 的主要優(yōu)勢(shì)：

1. MPO/MTP分支跳線提供一個(gè)整潔的、高密度的方法來實(shí)現(xiàn)高密度交換機(jī)端口復(fù)制，可以減少交換機(jī)的端口損壞或錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

2. 分支跳線在機(jī)柜中占據(jù)更少的空間和比傳統(tǒng)的跳線更優(yōu)的垂直管理，如12芯分支跳線一端的分支遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于等芯數(shù)的跳線。

3. 減少因光纜擁塞對(duì)于局域網(wǎng)和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中心管理帶來的不便；增加冷卻的氣流，使移動(dòng)/增加/變更線纜或設(shè)備變得更容易。

4. 分支跳線提供可用于包括工程定制化的交錯(cuò)的LC分支來匹配電子設(shè)備的網(wǎng)口，以提供布線基礎(chǔ)設(shè)施和電子設(shè)備之間的無縫集成。

MPO連接器參照實(shí)行IEC-61754-7和 EIA/TIA-604-5 (aka FOCIS 5)。MTP連接器完全符合所有MPO連接器的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括EIA/TIA-604-5 FOCIS 5 和IEC-61754-7。

8. 光纖布線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

8.1 OM3、OM4在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用

從多模光纖發(fā)展歷程來看，1G是一個(gè)多模光纖技術(shù)的分水嶺，1G以前絕大部分采用LED的光源，這樣它的傳輸距離比較短，它得到的應(yīng)用是有限的。但是從1G到10G,全部都采用VCSEL激光光源，這樣把多模光纖應(yīng)用提升到一個(gè)新層次，包括在以太網(wǎng)的傳輸技術(shù)，都是基于激光光源的多模光纖技術(shù)上發(fā)展的。應(yīng)用于存儲(chǔ)傳輸協(xié)議的光纖通道從2G到4G,到8G,到16G不斷演進(jìn)，我們可以看到多模光纖在整個(gè)通信領(lǐng)域里面有非常好的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

我們可以預(yù)測(cè)今后的光纖布線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。下一代光纖技術(shù)發(fā)展我們認(rèn)為主要是四個(gè)部分，第一，帶寬越來越高，第二，是密度，這是一個(gè)布線系統(tǒng)不可回避的問題，越是高度的密度能夠讓我們的機(jī)房利用率更高高一些，這個(gè)也是一個(gè)總體的發(fā)展趨勢(shì)。第三，可靠性。數(shù)據(jù)中心在運(yùn)行過程中意外斷網(wǎng)對(duì)用戶損失巨大。在這樣的情況下，必須要非常可靠的系統(tǒng)才能保證它的應(yīng)用，可靠性也要考慮從介質(zhì)層面、布線層面怎么來解決這個(gè)問題。第四，要維護(hù)和管理。

由于新一代40G/100G的光纖技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)出臺(tái)，為數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃者有了更明確的光纖類型選擇方向，OM3與OM4光纖將成為數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用主流，多模OM3,OM4光纖分別應(yīng)用于40G/100G對(duì)應(yīng)的傳輸協(xié)議與支持應(yīng)用距離，雖然多模40G/100G的傳輸距離無法與單模光纖長(zhǎng)達(dá)10km或40km相比較，但在數(shù)據(jù)中心室內(nèi)的應(yīng)用環(huán)境下，據(jù)統(tǒng)計(jì) ，中小型數(shù)據(jù)中心超過90%的光纖鏈路長(zhǎng)度小于100米，大型數(shù)據(jù) 中心超過70%的光纖鏈路長(zhǎng)度小于100米，超過80%的長(zhǎng)度小于125米，多?？梢詽M足絕大部 分鏈路的需要，隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)的提升，今后多模光纖支持的傳輸距離有可能進(jìn)一步增加。

隨著2010年6月IEEE 802.3ba新的以太網(wǎng)40G/100G標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，多模光纖在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的應(yīng)用將翻開新的一頁，40G與100G的高速傳輸不再僅僅依靠單模采用成本極高的WDM串行方式進(jìn)行傳輸，新一代以太網(wǎng)40G/100G標(biāo)準(zhǔn)將采用OM3與OM4多模光纖多通道并行傳輸?shù)姆绞剑@種多模并行傳輸?shù)姆绞较啾容^單模WDM串行傳輸方式，在40G/100G上的總體成本（包含有源設(shè)備，光模塊，無源器件）分別只占單模系統(tǒng)的1/3與1/10，可見多模優(yōu)勢(shì)十分明顯，市場(chǎng)的應(yīng)用趨向通常是由成本與價(jià)格因素來驅(qū)動(dòng)與決定哪種技術(shù)模式能在市場(chǎng)取大最大的應(yīng)用。

8.2 OM5光纖的應(yīng)用及未來發(fā)展

OM5光纖的設(shè)計(jì)初衷,即為應(yīng)對(duì)多模傳輸系統(tǒng)的波分復(fù)用(WDM)需求。因此,其最具價(jià)值的應(yīng)用,是在短波長(zhǎng)波分復(fù)用領(lǐng)域。目前,單波50Gb/s基于多模光纖的多波長(zhǎng)光模塊大都還在研發(fā)階段,只有少數(shù)光模塊廠商能夠提供少量的樣品,但僅供內(nèi)部實(shí)驗(yàn)使用。PAM4調(diào)制方式可以在現(xiàn)有25Gb/s的VCSEL基礎(chǔ)上提供單波50Gb/s的速率。兩波長(zhǎng)雙向(BiDi)技術(shù)和四波長(zhǎng)復(fù)用(SWDM4)技術(shù)分別為100Gb/s以上高速以太網(wǎng)鏈路精簡(jiǎn)了二分之一和四分之三的光纖用量。

近年來,各光纖廠商和光模塊廠商紛紛報(bào)道了OM5以及“超寬帶多模光纖”在PAM4調(diào)制技術(shù)及波分復(fù)用技術(shù)加持下的最新傳輸結(jié)果。從報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,OM5光纖足以支持150米以上的100Gb/s、200Gb/s和400Gb/s多波長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)。

多模光纖一直是高效靈活的傳輸媒介,不斷開發(fā)多模光纖新的應(yīng)用潛能,能使其適應(yīng)更高速的傳輸網(wǎng)絡(luò)。多模光纖搭配VCSEL具有低鏈路成本、低功耗、更高可用性的優(yōu)勢(shì),成為大多數(shù)企業(yè)客戶最具成本效益的數(shù)據(jù)中心解決方案。云數(shù)據(jù)中心和企業(yè)本地?cái)?shù)據(jù)中心持續(xù)穩(wěn)定的需求增長(zhǎng),為經(jīng)濟(jì)高效的多模光纖解決方案提供了廣大的市場(chǎng)前景。新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義的OM5光纖解決方案是針對(duì)多波長(zhǎng)SWDM和BiDi收發(fā)器而優(yōu)化的,為100Gb/s以上的高速傳輸網(wǎng)絡(luò)提供更長(zhǎng)的傳輸鏈路和網(wǎng)絡(luò)升級(jí)余量 。

多模光纖40G的傳輸模式采用每對(duì)光纖支持10Gbps的速率4*10Gbp=40Gbps，需要用到各4根光纖發(fā)送與接收共8芯光纖，100G采用各10根光纖發(fā)送與接收10*10Gbps=100G，共使用20芯光纖。采用標(biāo)準(zhǔn)MTP/MPO的多芯連接系統(tǒng)將可以較好的支持新一代光網(wǎng)絡(luò)40G/100G的傳輸 ,40G的傳輸模式是在12芯的MTP/MPO連接器內(nèi)取最外兩側(cè)各4芯進(jìn)行傳輸，中間4芯處于空置狀態(tài)，而100G的傳輸模式是采用兩個(gè)12芯的MTP/MPO連接器取中間10芯進(jìn)行傳輸，如果采用MTP/MPO高密度24芯連接器，則在一個(gè)24芯的MTP/MPO連接器上完成100G的接收與發(fā)送。100G傳輸時(shí)，每12芯中的兩側(cè)各1芯處于空置狀態(tài)。

多模光纖在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用如表2所示：

表2 多模光纖在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用

數(shù)據(jù)速率

10G（單纖）

25G（單纖）

50G （單纖）

100G（單纖）

10G(…4,8,16G FC)

OM3,OM4LC

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25G（ 32G FC）

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OM3,OM4LC

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40G

OM3,OM412 (8 ) F MPO

OM3,OM4,OM5LC,BD,(SWDM)

OM3,OM4,OM5LC, (SWDM)

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50G（ 64G FC）

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OM3,OM412 (4) F MPO

OM3,OM4,OM5LC,PAM4,(SWDM)

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100G(128G FC)

OM3,OM424 (20) F MPO

OM3,OM412 (8) F MPO

OM3,OM412 (4) F MPO

OM3,OM4,OM5LC, (SWDM)

200G(256G FC)

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OM3,OM416F MPO

OM3,OM412 (4) F MPO

OM3,OM4,OM5LC,PAM4+(SWDM)

400G

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OM3,OM432F MPO

OM3,OM416 F MPO

OM3,OM4,OM512 (4) F MPO,PAM4+(SWDM)

8.3 數(shù)據(jù)中心光纖布線的迭代

隨著光纖技術(shù)升級(jí)，作為數(shù)據(jù)中心“中樞神經(jīng)”的光纖布線系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)也正在經(jīng)歷著新一代的更新?lián)Q代，以中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中的數(shù)據(jù)中心布線產(chǎn)品技術(shù)來看，如果我們將2005年到2010年這5年間所發(fā)展出來的專業(yè)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心布線光纖解決方案的產(chǎn)品線看作為第一代數(shù)據(jù)中心光纖布線產(chǎn)品技術(shù)，以第一代預(yù)連接產(chǎn)品技術(shù)為代表的數(shù)據(jù)中心光纖布線產(chǎn)品在這期間得到了良好的應(yīng)用與推廣。那么隨著光纖技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)布，由幾家國(guó)際布線品牌寡頭壟斷的中國(guó)大中型數(shù)據(jù)中心布線市場(chǎng)將引領(lǐng)布線產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)入數(shù)據(jù)中心第二代，數(shù)據(jù)中心第二代光纖布線系統(tǒng)比較有代表性的產(chǎn)品線如超低損預(yù)連接光纜方案;高密度光纖配線系統(tǒng)以及彎曲不敏感光纖系統(tǒng)等組成。

(1 )超低損預(yù)連接方案

預(yù)連接光纜方案在數(shù)據(jù)中心布線中有多種連接方式，應(yīng)用比較廣泛的主要有3種主流應(yīng)用：（1）MTP/MPO到MTP/MPO預(yù)連接光纜配套兩端內(nèi)含MPO-LC分支的預(yù)連接模塊; (2) MTP/MPO到LC預(yù)連接光纜配套一端端接內(nèi)含MPO-LC分支的預(yù)連接模塊，另一端LC端直接配套LC適配器面板; (3) LC到LC預(yù)連接光纜配套兩端直接連接LC適配器面板。隨著前述今后以太網(wǎng)40G/100G采用多通道光纖傳輸標(biāo)準(zhǔn)的正式發(fā)布，今后在數(shù)據(jù)中心的光纖主干部署中，MTP/MPO到MTP/MPO并采用OM3，OM4 光纖的預(yù)連接方案成為前述三種預(yù)連接技術(shù)方案中的首選方案，與第一代MTP/MPO連接方式的要求不同，第一代的方案應(yīng)用初期主要為了支持10GbE的應(yīng)用，根據(jù)10GbE以太網(wǎng)對(duì)OM3整體光纖通道衰減的要求為2.6dB, 而如果支持今后40G/100G的網(wǎng)絡(luò)的整體通道衰減需控制在分別1.9dB和1.5dB以內(nèi)，第一代MTP/MPO的單個(gè)連接損耗業(yè)界通常只控制在0.75dB以內(nèi)，顯然這樣的性能對(duì)于后續(xù)40G/100G的應(yīng)用將會(huì)因?yàn)橥ǖ浪p超過標(biāo)準(zhǔn)值而產(chǎn)生有效鏈路長(zhǎng)度縮短的問題。

新一代數(shù)據(jù)中心預(yù)連接系統(tǒng)的MTP/MPO的衰減值將要求采用低損耗的連接器，業(yè)界將會(huì)要求至少單個(gè)MTP/MPO連接點(diǎn)衰減值要小于0.5dB才能讓通道發(fā)揮出標(biāo)準(zhǔn)界定的40G/100G最長(zhǎng)傳輸距離，目前不同廠家對(duì)于預(yù)連接系統(tǒng)衰減控制的水平有所不同，以上海天誠(chéng)公司數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)的第二代預(yù)連接系統(tǒng)為例，預(yù)連接系統(tǒng)推出新一代超低損耗的MTP連接系統(tǒng)， 天誠(chéng)公司超低損耗MTP方案的實(shí)現(xiàn)主要通過嚴(yán)格的MPO/MTP品質(zhì)工藝管控：

（1）MTP/MPO連接器使用進(jìn)口品牌，插芯的精度高、材質(zhì)穩(wěn)定且性能好；

（2）光纜的預(yù)收縮處理工藝，盡量減少纜皮后續(xù)因環(huán)境溫度而產(chǎn)生的收縮量；

（3）插芯高低溫預(yù)處理，釋放插芯和內(nèi)部膠水的作用力，讓端面的幾何參數(shù)更穩(wěn)定；

（4）完善的研磨工藝，保證了連接器之間更好的端面物理對(duì)接；

（5）MPO 100% 端面3D檢測(cè)。

天誠(chéng)公司單個(gè)多模MTP連接點(diǎn)已 經(jīng)可以控制到0.22dB以下。超低損的第二代預(yù)連接光纜為數(shù)據(jù)中心的今后40G/100G的順利升級(jí)提供基礎(chǔ)保障。

圖9 天誠(chéng)公司OM3多節(jié)點(diǎn)超低損耗光鏈路

除了控制光纖通道光學(xué)性能外，第二代預(yù)連接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上也有新的升級(jí)，天誠(chéng)公司預(yù)連接光纖的光纖分支采用圓形光纖分支，與上一代扁平MTP/MPO分支相比，更易于在狹小空間上高密度配線且光纖彎折與盤纖沒有方向性。主干光纖采用第二代高抗拉小直徑光纜，光纜本身提高抗拉力抗壓參數(shù)以外更加節(jié)省管槽空間，同時(shí)主干光纜布線安裝更加便利。而預(yù)連接光纜兩端的安裝拉手至少可支持500N以上的安裝拉力，可以充分滿足數(shù)據(jù)中心在各種安裝環(huán)境中的機(jī)械與可靠性要求。

(2)高密度配線系統(tǒng)

配線系統(tǒng)除了滿足網(wǎng)絡(luò)升級(jí)應(yīng)用的要求以外，追求高密度布線始終數(shù)據(jù)中心對(duì)光配線系統(tǒng)的一個(gè)重要衡量指標(biāo)，減少配線系統(tǒng)占用機(jī)柜的空間，將可最大限度提升生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安裝空間，以增加機(jī)房單位面積的利用率與投置回報(bào)率。下一代專業(yè)的數(shù)據(jù)中心的布線系統(tǒng)將會(huì)采用多種配線方式，如專門為數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計(jì)的新一代配線系統(tǒng)可安裝于網(wǎng)絡(luò)橋架上的TOR布線方式，或?yàn)榈匕逑伦呔€方式的數(shù)據(jù)中心直接安裝于活動(dòng)地板下方的集中式區(qū)域配線系統(tǒng)。以上所述新一代的高密度配線系統(tǒng)將不再占用機(jī)柜的空間。對(duì)于光纖配線最為集中的MDA區(qū)域，數(shù)據(jù)中心配線系統(tǒng)將不會(huì)僅僅追求 越來越高的密度，MDA區(qū)域光纖配線系統(tǒng)的可維護(hù)性與高密相比也是同等重要，而越高的密度將會(huì)影響可維護(hù)性，新一代數(shù)據(jù)中心的配線系統(tǒng)發(fā)展方向?qū)⑹遣季€高密度與布線系統(tǒng)可維護(hù)性兩者之間取得最佳的平衡。

(3)彎曲不敏感光纖

數(shù)據(jù)中心中高密度配線區(qū)中的光纖跳線往往是管理的核心，當(dāng)光纖配線架端口密度越高，跳線的管理相對(duì)也就不再容易，光纖跳線如果彎折半徑過小將直接導(dǎo)致光纖整體通道衰減增加。如果彎折嚴(yán)重，衰減過大有可能導(dǎo)致該通道通訊中斷。對(duì)于大中型數(shù)據(jù)中心來說，在高密度配線區(qū)域中跳線數(shù)量成千上萬條，很難保證每根跳線的管理都能保證其在標(biāo)準(zhǔn)要求的光纜直徑10倍以上的彎折半徑以內(nèi)。而對(duì)于數(shù)據(jù)中心來說網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性是數(shù)據(jù)中心致命要素之一，正因?yàn)槿绱耍乱淮臄?shù)據(jù)中心將越來越多采用彎曲不敏感的光纖系統(tǒng)來解決這個(gè)問題。與傳統(tǒng)跳線不一樣，采 用彎曲不敏感光纖的跳線，當(dāng)我們光纖的彎折半徑為7.5mm繞上2-3圈，衰減甚至不超過0.1dB,而同等條件下如果采用普通光纖制作的跳線，衰減可能已經(jīng)超過0.6dB。

如前所述，當(dāng)OM3，OM4的布線需要能支持到下一代40G/100G網(wǎng)絡(luò)，而每一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的升級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)通道最大衰減的要求更為嚴(yán)格，跳線是布線系統(tǒng)管理、移動(dòng)、改變的核心，當(dāng)跳線系統(tǒng)采用彎曲不敏感光纖后將會(huì)使整體光纖通道的可靠性增加一個(gè)等級(jí)。通過采用彎曲不敏感光纖來提升光纖物理通道可靠性的方式相比其他方式性價(jià)比更高，從這一方面來看，彎曲不敏感光纖在新一代數(shù)據(jù)中心將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。