400GSR8光模塊應用中關于MT及MPO連接器的Core Dip指標研究

  1. Core Dip指標概述

  1) Core Dip描述：由于光纖的纖芯相對于包層材質較軟，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產品的光纖纖芯“Core Dip”

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

  3) Core Dip指標的測量：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曲面，可以提升測量的精度，以及重復性和再現性。

  4) Core Dip指標與Return Loss回波損耗的對應關系：

  備注：Core Dip指標正數表示“凹陷”，負數表示“凸出”

  備注：Return Loss定義為相同規格的MT/MPO產品對接測試，而不是對直接對空氣的反射

  2. 多模高速光模塊對端接回波損耗指標的要求

  1) 40G/100G SR4光模塊

  · 信號制式：10G/25GNRZ信號

  · RL回波損耗要求：20~30dB

  · Core Dip規格：<150nm

  2) 400G SR8光模塊

  · 信號制式：50GPAM4信號

  · RL回波損耗要求：>40dB

  · Core Dip規格：<50nm

  3) 行業現狀介紹

  · 隨著高速光模塊的信號制式由NRZ信號過渡到PAM4信號，從眼圖上可以直觀的看到，系統對于“噪聲”更為敏感，而降低系統端接處的背向反射Back-reflection(即提升Return Loss回波損耗)成為一個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際“端接”回波損耗由兩個因素決定：

  A，光模塊光接口(MT)的Core Dip指標

  B，終端客戶采購的MPO/MTP Patchcord連接器的Core Dip指標

  · 光模塊廠商可以要求其MT線纜連接器供應商去管控Core Dip指標，但對于其最終用戶(例如Data Center客戶)選購的MPO/MTP Patchcord質量評估卻是一個未知數。

  · 因此，我們看到基于PAM4信號的400G SR8光模塊上，為了解決系統回波損耗隱患的一個折中方案趨勢，就是由多模MT/PC研磨形式，調整為多模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產能原因

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

  2) 而MPO/MTP連接器內的MT插芯由于是光纖陣列結構，如果采購球面研磨，那么勢必造成中間的光纖能夠對接，兩側的光纖就接觸不到了。因此MPO/MTP產品只能采用的“平面研磨”。

  3) MPO采用平面研磨，又會帶來一個問題：我們雖然說磨PC面，就是0度，但其實都是有公差的，即+/-0.2度，而且是長軸和短軸兩個方向都存在角度公差。那么兩個MPO產品(平面)對接的時候，因為存在研磨角度公差，光纖之間就會無法接觸，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現光纖凸出MT插芯端面來，一般用絨布進行研磨。因為光纖材質硬，而MT插芯是PPS塑料材質，軟一些。因此絨布研磨過程中，絨毛+研磨顆粒，可以實現對塑料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，會對材質“軟硬度”區別形成差異，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，也就順帶產生了Core Dip的凹陷，是“nm級單位”，這就是Core Dip的產能機理。

  7) 常見修復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。

  · 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

  四、總結

  市場需求是一切技術進步的推動力，光模塊產品正在迎接400G以及5G等新市場需求的到來，產品技術的變革是必然趨勢，有源與無源的技術協調及整合也將更為緊密。

  天孚光通信，作為國內光無源器件領域的領軍者，正在利用我們多年的技術經驗沉淀，理論分析能力，試驗平臺優勢等資源，助力高端有源光模塊客戶將新一代產品更快速的推向市場，這是天孚人自始秉承的經營理念。

  蘇州天孚光通信 線纜連接器產品線及戰略規劃部 張雨