技術(shù)文章|400G SR8光模塊應(yīng)用中關(guān)于MT及MPO連接器的Core Dip指標(biāo)研究

蘇州天孚光通信 張雨 / 29-Jan-2019

1．Core Dip指標(biāo)概述

1）Core Dip描述：由于光纖的纖芯相對于包層材質(zhì)較軟，因此在研磨過程中更容易被切削，從而形成纖芯（相對于包層）的凹陷，稱之為“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，更適合測量微觀連續(xù)曲面，可以提升測量的精度，以及重復(fù)性和再現(xiàn)性。

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

備注：Return Loss定義為相同規(guī)格的MT／MPO產(chǎn)品對接測試，而不是對直接對空氣的反射備注：Core Dip指標(biāo)正數(shù)表示“凹陷”，負(fù)數(shù)表示“凸出”

2．多模高速光模塊對端接回波損耗指標(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)過渡到PAM4信號(hào)，從眼圖上可以直觀的看到，系統(tǒng)對于“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，終端客戶采購的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)，但對于其最終用戶（例如Data Center客戶）選購的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，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研磨類型端接回波損耗（Return Loss）＞40dB

B，PC型MPO／MTP

PC vs APC端面對接反射示意

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)，如果采購球面研磨，那么勢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)帶來一個(gè)問題：我們雖然說磨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）對接的時(shí)候，因?yàn)榇嬖谘心ソ嵌裙?，光纖之間就會(huì)無法接觸，而形成“對接間隙”

4）研磨角度公差是必然存在的，那么如何才能解決光纖對接間隙問題。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對于光纖高度的定義，以及MT干涉儀測量的光纖高度3D／2D圖形：

5）為了在研磨過程中實(shí)現(xiàn)光纖凸出MT插芯端面來，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。因此絨布研磨過程中，絨毛＋研磨顆粒，可以實(shí)現(xiàn)對塑料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）常見修復(fù)MT／MPO Core Dip的工藝

Back－cut研磨工藝：即通過增加一道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：通過降低MT／MPO凸纖研磨的絨布作用效果，減小Core Dip形成

4．總結(jié)

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

天孚光通信，作為國內(nèi)光無源器件領(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)勢等資源，助力高端有源光模塊客戶將新一代產(chǎn)品更快速的推向市場，這是天孚人自始秉承的經(jīng)營理念。

作者：張雨