ศูนย์ข้อมูลได้กลายเป็นเครื่องมือของชีวิตสมัยใหม่ ข้อมูลเครือข่ายที่เพิ่มขึ้นจะถูกส่งและจัดเก็บด้วยความเร็วสูงผ่านศูนย์ข้อมูล การเชื่อมต่อส่วนใหญ่ภายในศูนย์ข้อมูลนั้นสั้น ตั้งแต่ไม่กี่เมตรไปจนถึงไม่กี่ร้อยเมตร ในระยะสั้นและการสื่อสารข้อมูลความเร็วสูงเหล่านี้ไฟเบอร์มัลติโหมดและโมดูลออปติคัลพร้อม VCSELเนื่องจากอุปกรณ์หลักใช้กันอย่างแพร่หลาย เมื่อเทียบกับรูปแบบการส่งโหมดเดียว รูปแบบหลายโหมดใช้เลเซอร์ต้นทุนต่ำและพลังงานต่ำเพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพระหว่างไฟเบอร์และเลเซอร์ ไฟเบอร์แบบหลายโหมดสามารถรับอัตราการส่งข้อมูลที่สูงกว่าหรือระยะการส่งข้อมูลที่ยาวกว่าสายทองแดงและต้นทุนต่ำกว่าระบบไฟเบอร์แบบโหมดเดียว ปัจจุบันดาต้าเซ็นเตอร์มีอัตราการเชื่อมต่อภายในอยู่แล้ว100Gbit/วินาทีและคาดว่าจะถึง 400Gbit/s ในเร็วๆ นี้ อุตสาหกรรมได้พัฒนามัลติโหมดไฟเบอร์ใหม่เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ รวมถึง WDM ในไฟเบอร์เดี่ยว ไฟเบอร์มัลติโหมดคลื่นยาวรองรับระยะการส่งข้อมูลที่ยาวขึ้น นอกจากนี้ เพื่อรองรับการเชื่อมต่อที่มีความหนาแน่นสูงและมีขนาดเล็กลง ปรับปรุงอัตราการใช้พื้นที่ ประสิทธิภาพการกระจายความร้อน และประสิทธิภาพการจัดการสายเคเบิลของศูนย์ข้อมูล ไฟเบอร์แบบมัลติโหมดที่มีความต้านทานการโค้งงอได้รับการพัฒนาและปรับใช้อย่างรวดเร็ว ในบทความนี้ กล่าวถึงแนวโน้มการพัฒนามัลติโหมดไฟเบอร์ที่รองรับโมดูลออปติคัลความเร็วสูงโดยการรวมหลักการทางเทคนิคของมัลติไฟเบอร์และวิวัฒนาการของเทคโนโลยีโมดูลออปติคัล
1. เทคโนโลยีใยแก้วนำแสงหลายโหมดและสถานการณ์การใช้งาน
การพัฒนาคลาวด์คอมพิวติ้งได้ส่งเสริมการพัฒนาศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่พิเศษ ซึ่งทำให้เกิดแนวโน้มการพัฒนาที่แตกต่างจากศูนย์ข้อมูลองค์กรแบบดั้งเดิม ไม่ว่าจะในประเทศหรือต่างประเทศ วิวัฒนาการของอัตราพอร์ตเซิร์ฟเวอร์โดยผู้ใช้ VLCC พร้อมบริการคลาวด์คอมพิวติ้งนั้นเร็วกว่าศูนย์ข้อมูลองค์กรแบบดั้งเดิมอย่างเห็นได้ชัด องค์กรแบบดั้งเดิมจะใช้ไฟเบอร์ OM4 แบบหลายโหมดอย่างต่อเนื่อง และมากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์ของความยาวลิงก์ระบบจะน้อยกว่า 100 ม.
ผู้ใช้ศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่พิเศษมีแนวโน้มที่จะเลือกไฟเบอร์โหมดเดียว และ 70 เปอร์เซ็นต์ของความยาวลิงก์ระบบจะมากกว่า 100 ม. การพัฒนาศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่พิเศษได้ปรับปรุงอัตราการใช้ไฟเบอร์แบบโหมดเดียว แต่ไฟเบอร์แบบหลายโหมดยังคงมีข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใคร ข้อได้เปรียบเหล่านี้รวมถึงความพร้อมใช้งานของโมดูลออปติคัลที่มีต้นทุนต่ำกว่า การใช้พลังงานที่ต่ำกว่า และระยะการส่งข้อมูลที่ครอบคลุมการเชื่อมโยงส่วนใหญ่ในศูนย์ข้อมูล ดังนั้นโซลูชันที่ใช้ไฟเบอร์มัลติโหมดและโมดูลออปติคัลมัลติโหมดจึงยังคงน่าสนใจสำหรับลูกค้า
2. แบนด์วิธของไฟเบอร์มัลติโหมด 850 นาโนเมตร
แตกต่างจากระบบโหมดเดียว ระยะการส่งข้อมูลและอัตราของระบบมัลติโหมดจะถูกจำกัดโดยแบนด์วิธของไฟเบอร์มัลติโหมด จำเป็นต้องเพิ่มแบนด์วิธโหมดของมัลติโหมดไฟเบอร์เพื่อรองรับระยะทางที่ยาวขึ้นของระบบความเร็วสูง
ด้วยการพัฒนาการออกแบบและการผลิตไฟเบอร์ แบนด์วิธของมัลติโหมดไฟเบอร์ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ไฟเบอร์มัลติโหมดขนาด 62.5μm มีรูรับแสงตัวเลขสูงและแกนไฟเบอร์ขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถรวมแหล่งกำเนิดแสงไดโอดเปล่งแสง (LED) เข้ากับไฟเบอร์และรองรับการส่งข้อมูล 2 กม. ที่อัตรา 10 Mbit/s หรือแม้แต่ 100 Mbit/ ส. ด้วยการพัฒนามาตรฐานอีเทอร์เน็ตและ VCSEL ขนาด 850 นาโนเมตรราคาประหยัด ไฟเบอร์แบบหลายโหมดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกน 50 ไมครอนไฟเบอร์จึงเป็นที่นิยมมากขึ้นในตลาด ไฟเบอร์มีการกระจายโหมดที่ต่ำกว่าและแบนด์วิธที่สูงกว่า และขนาดสปอตและรูรับแสงเชิงตัวเลขของ VCSEL นั้นเล็กกว่าของ LED ทำให้สามารถเชื่อมต่อเลเซอร์เข้ากับไฟเบอร์ขนาด 50 ไมครอนได้อย่างง่ายดาย ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตใยแก้วนำแสงและการนำเทคโนโลยีการควบคุมดัชนีการหักเหของแสงขั้นสูงมาใช้ ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดขนาด50μmที่พัฒนาจาก OM2(500 MHz*Km) เป็น OM3(2 000 MHz*Km) และขณะนี้ได้พัฒนาเป็น OM4({ {17}} MHz*กม.)
สำหรับระบบหลายโหมดที่ใช้ VCSEL 850 นาโนเมตร การเพิ่มแบนด์วิธเพิ่มเติมของไฟเบอร์มัลติโหมด OM4 ไม่สามารถทำให้โมดูลออปติคัลส่งระยะทางไกลขึ้นได้ เนื่องจากแบนด์วิดท์ของระบบขึ้นอยู่กับการรวมกันของแบนด์วิดท์โหมดที่มีประสิทธิภาพของไฟเบอร์และการกระจาย ( ซึ่งสัมพันธ์กับความกว้างของเส้นสเปกตรัมของเลเซอร์ VCSEL และความยาวคลื่นของไฟเบอร์) หากจำเป็นต้องเพิ่มแบนด์วิธของระบบ นอกเหนือจากโหมดแบนด์วิธโหมดประสิทธิผลของไฟเบอร์แล้ว ค่าการกระจายจะต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุด สิ่งนี้สามารถทำได้โดยใช้มัลติโหมดไฟเบอร์แบบดิฟเฟอเรนเชียลโหมดดีเลย์ (DMD) เพื่อชดเชยการกระจายตัวบางส่วน หรือโดยใช้ความกว้างของเส้นที่แคบลงที่ 850 นาโนเมตร VCSEL หรือทำงานในบริเวณคลื่นที่ยาวขึ้นโดยมีการกระจายที่ต่ำกว่า
ดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์สูงสุดของแกนไฟเบอร์ยังส่งผลต่อแบนด์วิธสูงสุดด้วย เมื่อคอร์ลดลงจาก 1 เปอร์เซ็นต์เป็น 0.75 เปอร์เซ็นต์ แบนด์วิดท์จะเพิ่มเป็นสองเท่า อย่างไรก็ตาม การลดแกนไฟเบอร์จะเพิ่มการสูญเสียการดัด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับการออกแบบโครงสร้างไฟเบอร์ให้เหมาะสมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการดัด
3. เส้นใยมัลติโหมดที่ไม่ไวต่อการโค้งงอ
ในการใช้งานศูนย์ข้อมูล มัลติโหมดไฟเบอร์ที่ไม่ไวต่อแรงดัดโค้งถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้น ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบไฟเบอร์ออปติก ฮาร์ดแวร์ และอุปกรณ์เพื่อประหยัดพื้นที่มากขึ้น มีประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ดีขึ้น และการเชื่อมต่อและการจัดการสายเคเบิลที่สะดวกยิ่งขึ้น แกนกลางเป็นแบบเกรดดัชนี และส่วนหุ้มมีร่องดัชนีต่ำ ร่องช่วยลดกำลังแสงในการหุ้มและสามารถป้องกันการรั่วไหลของสัญญาณแสงได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการโค้งงอของไฟเบอร์ การออกแบบไฟเบอร์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพขนาดแกนและร่องของไฟเบอร์ และสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการโค้งงอและความเข้ากันได้กับไฟเบอร์มัลติโหมดมาตรฐาน ด้วยการออกแบบที่เหมาะสมของแกนไฟเบอร์และร่อง มัลติโหมดไฟเบอร์สามารถบรรลุระดับ OM4 ของแบนด์วิธสูงและการสูญเสียการโค้งงอต่ำ การสูญเสียการดัดงอในระดับมหภาคของไฟเบอร์มัลติโหมดที่ไม่ไวต่อแรงดัดนั้นต่ำกว่าไฟเบอร์มัลติโหมดมาตรฐานทั่วไปถึง 10 เท่า
