400GSR8光模塊應(yīng)用中關(guān)于MT及MPO連接器的Core Dip指標(biāo)研究

  1. Core Dip指標(biāo)概述

  1) Core Dip描述：由于光纖的纖芯相對(duì)于包層材質(zhì)較軟，因此在研磨過(guò)程中更容易被切削，從而形成纖芯(相對(duì)于包層)的凹陷，稱(chēng)之為“Core Dip”。如下圖所示，即多模MT/MPO產(chǎn)品的光纖纖芯“Core Dip”

  2) Core Dip影響：光纖纖芯的內(nèi)凹陷會(huì)造成MT/MPO產(chǎn)品端接時(shí)，光纖之間形成“Air Gap空隙間隙”，從而直接(主要)影響到系統(tǒng)“Return Loss回波損耗”指標(biāo)

  3) Core Dip指標(biāo)的測(cè)量：基于IEC 61300-3-30定義如下所示，推薦使用紅光，至少綠光干涉儀，更適合測(cè)量微觀連續(xù)曲面，可以提升測(cè)量的精度，以及重復(fù)性和再現(xiàn)性。

  4) Core Dip指標(biāo)與Return Loss回波損耗的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

  備注：Core Dip指標(biāo)正數(shù)表示“凹陷”，負(fù)數(shù)表示“凸出”

  備注：Return Loss定義為相同規(guī)格的MT/MPO產(chǎn)品對(duì)接測(cè)試，而不是對(duì)直接對(duì)空氣的反射

  2. 多模高速光模塊對(duì)端接回波損耗指標(biāo)的要求

  1) 40G/100G SR4光模塊

  · 信號(hào)制式：10G/25GNRZ信號(hào)

  · RL回波損耗要求：20~30dB

  · Core Dip規(guī)格：<150nm

  2) 400G SR8光模塊

  · 信號(hào)制式：50GPAM4信號(hào)

  · RL回波損耗要求：>40dB

  · Core Dip規(guī)格：<50nm

  3) 行業(yè)現(xiàn)狀介紹

  · 隨著高速光模塊的信號(hào)制式由NRZ信號(hào)過(guò)渡到PAM4信號(hào)，從眼圖上可以直觀的看到，系統(tǒng)對(duì)于“噪聲”更為敏感，而降低系統(tǒng)端接處的背向反射Back-reflection(即提升Return Loss回波損耗)成為一個(gè)不得不去考慮的重要因素。

  · 多模高速光模塊在客戶(hù)使用端的實(shí)際“端接”回波損耗由兩個(gè)因素決定：

  A，光模塊光接口(MT)的Core Dip指標(biāo)

  B，終端客戶(hù)采購(gòu)的MPO/MTP Patchcord連接器的Core Dip指標(biāo)

  · 光模塊廠商可以要求其MT線纜連接器供應(yīng)商去管控Core Dip指標(biāo)，但對(duì)于其最終用戶(hù)(例如Data Center客戶(hù))選購(gòu)的MPO/MTP Patchcord質(zhì)量評(píng)估卻是一個(gè)未知數(shù)。

  · 因此，我們看到基于PAM4信號(hào)的400G SR8光模塊上，為了解決系統(tǒng)回波損耗隱患的一個(gè)折中方案趨勢(shì)，就是由多模MT/PC研磨形式，調(diào)整為多模MT/APC研磨形式，描述如下：

  A，多模MT/MPOAPC研磨類(lèi)型端接回波損耗(Return Loss)>40dB

  B，PC型MPO/MTP

  · PC vs APC端面對(duì)接反射示意

  3. MT/MPO研磨工藝及Core Dip產(chǎn)能原因

  1) 常規(guī)LC/SC/FC等連接器用的陶瓷插芯，一個(gè)插芯里一根光纖，為了保證對(duì)接時(shí)光纖完全接觸，因此陶瓷插芯采用的“球面研磨技術(shù)”，如下圖所示：

  2) 而MPO/MTP連接器內(nèi)的MT插芯由于是光纖陣列結(jié)構(gòu)，如果采購(gòu)球面研磨，那么勢(shì)必造成中間的光纖能夠?qū)樱瑑蓚?cè)的光纖就接觸不到了。因此MPO/MTP產(chǎn)品只能采用的“平面研磨”。

  3) MPO采用平面研磨，又會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題：我們雖然說(shuō)磨PC面，就是0度，但其實(shí)都是有公差的，即+/-0.2度，而且是長(zhǎng)軸和短軸兩個(gè)方向都存在角度公差。那么兩個(gè)MPO產(chǎn)品(平面)對(duì)接的時(shí)候，因?yàn)榇嬖谘心ソ嵌裙?，光纖之間就會(huì)無(wú)法接觸，而形成“對(duì)接間隙”。

  4) 研磨角度公差是必然存在的，那么如何才能解決光纖對(duì)接間隙問(wèn)題。因此就需要讓光纖凸出MT插芯端面，如下圖所示為IEC 61755-3-3對(duì)于光纖高度的定義，以及MT干涉儀測(cè)量的光纖高度3D/2D圖形：

  5) 為了在研磨過(guò)程中實(shí)現(xiàn)光纖凸出MT插芯端面來(lái)，一般用絨布進(jìn)行研磨。因?yàn)楣饫w材質(zhì)硬，而MT插芯是PPS塑料材質(zhì)，軟一些。因此絨布研磨過(guò)程中，絨毛+研磨顆粒，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)塑料MT插芯的切削量比光纖要大，于是就形成了“凸纖”效果。

  6) 但是，鑒于絨毛+研磨顆粒的研磨方式，會(huì)對(duì)材質(zhì)“軟硬度”區(qū)別形成差異，那么光纖纖芯Fiber Core比光纖包層Cladding要軟，因此在研磨凸纖的過(guò)程中，也就順帶產(chǎn)生了Core Dip的凹陷，是“nm級(jí)單位”，這就是Core Dip的產(chǎn)能機(jī)理。

  7) 常見(jiàn)修復(fù)MT/MPO Core Dip的工藝

  · Back-cut研磨工藝：即通過(guò)增加一道SiO/CeO拋光研磨，將Fiber球面區(qū)域盡量磨平，降低Core Dip纖芯凹陷，如下圖示意，甚至可以形成纖芯略凸的狀態(tài)。

  · Flock Film研磨工藝：通過(guò)降低MT/MPO凸纖研磨的絨布作用效果，減小Core Dip形成

  四、總結(jié)

  市場(chǎng)需求是一切技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)力，光模塊產(chǎn)品正在迎接400G以及5G等新市場(chǎng)需求的到來(lái)，產(chǎn)品技術(shù)的變革是必然趨勢(shì)，有源與無(wú)源的技術(shù)協(xié)調(diào)及整合也將更為緊密。

  天孚光通信，作為國(guó)內(nèi)光無(wú)源器件領(lǐng)域的領(lǐng)軍者，正在利用我們多年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)沉淀，理論分析能力，試驗(yàn)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)等資源，助力高端有源光模塊客戶(hù)將新一代產(chǎn)品更快速的推向市場(chǎng)，這是天孚人自始秉承的經(jīng)營(yíng)理念。

  蘇州天孚光通信 線纜連接器產(chǎn)品線及戰(zhàn)略規(guī)劃部 張雨