扈士超，侯 丹，肖湘杰

（深圳太辰光通信股份有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算的蓬勃發(fā)展，數(shù)據(jù)通信帶寬呈現(xiàn)出爆炸式增長的趨勢[1]。然而傳統(tǒng)的電互連網(wǎng)絡(luò)存在著嚴(yán)重制約高性能并行計算機系統(tǒng)和交換設(shè)備性能提高的極限性，盡管微處理機等集成芯片的處理能力得到了極大的提高，但數(shù)據(jù)在芯片之間的傳送能力卻受到了限制。在大規(guī)模系統(tǒng)中，低效的電互連就將導(dǎo)致通信瓶頸的問題[2]。光互連技術(shù)具有無感應(yīng)、無干擾、速率高、密度大、無需接地等諸多優(yōu)點，被用來逐步替代電互連技術(shù)。光纖柔性板正是光互連技術(shù)的一種創(chuàng)新應(yīng)用。

光纖柔性板在物理結(jié)構(gòu)層面進行了光纖布線優(yōu)化，集成化程度更高，結(jié)合高密度的光纖連接插頭可以替代一些散亂的光纖布線方案，尤其在高密度數(shù)據(jù)中心、一些高密度光纖設(shè)備、全光網(wǎng)絡(luò)方向有著廣泛的應(yīng)用前景。

1 光纖柔性板簡介

光纖柔性板實際是將多組基于MT接頭的帶狀光纖組合，帶MT接頭的帶狀光纖在背板內(nèi)部通過分解和組合形成一個光纖網(wǎng)絡(luò)[3]。光纖柔性板示意如圖1所示，將多束光纖按照一定的方式排列貼在薄膜上，并利用層壓技術(shù)或涂覆技術(shù)制成2～5 mm厚的板狀結(jié)構(gòu)，最終形成一種柔軟的光纖交叉陣列板，光纖陣列端可加MT插頭。

圖1 光纖柔性板示意

一般情況下，輸入、輸出光纖位于光纖柔性板的前后端，光纖柔性板的尺寸為100 mm×100 mm，每個MT插頭為12芯，在前后兩端進行插頭連接和布線，可布局12×10=120芯；特殊情況下，左右側(cè)邊（虛線標(biāo)識部分）也可以進行輸入、輸出光纖的排列，光纖布局密度可擴展至240芯。

2 現(xiàn)階段應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 光交叉連接設(shè)備

光交叉連接（Optical Cross-Connect，OXC）是一種兼有復(fù)用、配線、保護/恢復(fù)、監(jiān)控以及網(wǎng)管的多功能光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）傳輸設(shè)備，通過對光信號進行交叉連接，能夠靈活有效地管理光傳輸網(wǎng)絡(luò)，是實現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護/恢復(fù)以及自動配線和監(jiān)控的重要手段[4,5]。

OXC主要由光交叉連接矩陣、摻鉺光纖放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA）、解復(fù)用器（Demultiplexer，DMUX）、合復(fù)用器（Multiplexer，MUX）、功率均衡器以及管理控制單元等模塊組成，其中光交叉連接矩陣模塊可使用光纖柔性板技術(shù)。OXC的基本結(jié)構(gòu)框架如圖2所示，包含N個波長信號（λ1～λN）的N路光纖先經(jīng)過EDFA信號放大后，通過1×N解復(fù)用器分解為N個單波長光信號，再通過N×N路光開關(guān)進行交叉連接，交叉后的光信號經(jīng)過功率均衡器、MUX耦合進N條光纖，每條光纖包含N個波長（λ1～λN）的光信號。管理控制單元可對光開關(guān)和功率均衡器進行控制調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)各種光路的切換變化與光信號功率的穩(wěn)定輸出。

圖2 OXC的基本結(jié)構(gòu)

光纖柔性板應(yīng)用在OXC光交叉連接矩陣系統(tǒng)中，并逐步取代了常規(guī)的模塊盒連接方案。光交叉連接矩陣系統(tǒng)的演進如圖3所示，左側(cè)為模塊盒設(shè)計方案，其中模塊盒為一定體積的長方體形狀，和單板分離布放，中間使用跳線耦合對接，占據(jù)較大空間；右側(cè)為光纖柔性板方案，由于光纖柔性板為層狀，可與單板進行層狀疊加設(shè)計。相比于模塊盒方案，光纖柔性板方案具有節(jié)約布線空間、防止線纜混亂、抗震動等優(yōu)點，可極大地提高設(shè)備的可靠性。

圖3 光交叉連接矩陣系統(tǒng)的演進

2.2 數(shù)據(jù)中心布線機柜

數(shù)據(jù)中心的光纖配線架作為光纖網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分配的主要設(shè)備，一直承載著移動網(wǎng)絡(luò)端至核心路由設(shè)備端的大量光纖引入和分配等關(guān)鍵作用。

常規(guī)的光纖配線架采用單元箱和一體化托盤的結(jié)構(gòu)如圖4所示，一體化托盤安裝在單元箱中，1U空間僅支持24芯光纖熔接和分配，按2 m機柜40U空間計算，1臺機柜總?cè)萘績H有24×40=960芯容量。1U光纖柔性板結(jié)構(gòu)機箱的結(jié)構(gòu)如圖5所示，利用光纖柔性板技術(shù)，結(jié)合高密度MT光纖接頭，1U空間可支持12×50=600芯光纖熔接和分配，按2 m機柜40U空間計算，1臺機柜總?cè)萘靠蛇_(dá)600×40=24 000芯，光纖配置容量為常規(guī)方案的20倍以上。

圖4 1U單元箱和一體化托盤

圖5 1U光纖柔性板結(jié)構(gòu)機箱

2.3 高密度機箱和模塊盒

隨著數(shù)據(jù)中心交換機、路由器、光模塊間數(shù)據(jù)交換信息量的不斷提高，催生了高密度機箱的設(shè)計和開發(fā)?，F(xiàn)階段，行業(yè)上1U MT-LC機箱最大芯數(shù)為144芯，如美國康寧公司開發(fā)設(shè)計的一款1U高密度機箱[6]。

深圳太辰光公司開發(fā)了一款基于光纖柔性板技術(shù)的1U MT-LC 180芯機箱和60芯模塊盒，并申請了相關(guān)專利[7]?；诠饫w柔性板的模塊盒如圖6所示，設(shè)計成兩層LC插口，前端LC插口通過光纖柔性板1接到MT插口，后端LC插口通過光纖柔板2接到MT插口，利用光纖柔性板的層狀結(jié)構(gòu)，單個模塊盒的配置芯數(shù)可達(dá)60芯。1U配套機箱如圖7所示，專門為60芯模塊安裝設(shè)計的1U抽拉式機箱，每個機箱可安裝3個模塊盒，1U空間的總?cè)萘靠蛇_(dá)180芯。利用光纖柔性板技術(shù)，可以充分利用模塊盒空間，擴大機箱容量，還能優(yōu)化光纖布局，防止線纜交錯混亂。

圖6 60芯模塊盒

圖7 180芯機箱

3 未來應(yīng)用展望

3.1 光纖通信小型化設(shè)備

基于光纖柔性板布線方式簡易靈活、體積小以及可極大節(jié)省布線空間的優(yōu)點，一些光纖通信設(shè)備可以設(shè)計的更加小型化，功能擴展性更加靈活。

一款結(jié)合光纖柔板設(shè)計的光源機構(gòu)成如圖8所示，其中含8種波長的激光光源，單路光源通過光分路器均分為8束同波長的光，8個不同波長的激光通路就變成了64路，64路光通過光纖柔性板的交叉排列布線，然后配合8芯MT接口，輸出端口變?yōu)榱隧樞蚺帕?、含?個不同波長結(jié)構(gòu)形式的光源端口。此光源機共8個MT接口，可實現(xiàn)8個工位或設(shè)備的擴展應(yīng)用。

圖8 一款光源機構(gòu)成

3.2 光學(xué)監(jiān)控設(shè)備

光學(xué)監(jiān)控主要利用光纖傳感器來實現(xiàn)傳感監(jiān)測功能，一些特殊場景，光學(xué)監(jiān)控技術(shù)有著廣泛的用途，在某些特殊的應(yīng)用場合，如油氣檢測環(huán)境、強電磁環(huán)境、易燃易爆環(huán)境等，傳統(tǒng)的電子傳感器受限制，這就為光學(xué)監(jiān)控提供了發(fā)揮的空間。

一款結(jié)合光纖柔性板設(shè)計的光纖傳感系統(tǒng)構(gòu)成如圖9所示，利用DMUX和光纖柔性板實現(xiàn)光纖的交叉排列，可以讓不同位置的溫度、濕度、應(yīng)力等參數(shù)匯合在同一溫度、濕度、應(yīng)力等專用芯片上進行分析處理，避免各種參數(shù)交叉處理帶來的數(shù)據(jù)混亂，從而縮小設(shè)備的體積、提高數(shù)據(jù)的處理精度、提供各位置數(shù)據(jù)的詳細(xì)分布情況。

圖9 一種光學(xué)監(jiān)控構(gòu)成

3.3 全光網(wǎng)絡(luò)

全光網(wǎng)絡(luò)是指通過光的形式進行源節(jié)點與目的點之間光信息的傳輸和交換技術(shù)。全光網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了整個線路都為光路，期間不會參雜電信號，在進行各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的交換時，使用的是容量大、靈活性和可靠性高的光交叉連接設(shè)備[8]。

全光網(wǎng)絡(luò)中所使用的關(guān)鍵技術(shù)有光交換技術(shù)、光信息再生技術(shù)、光分插復(fù)用技術(shù)以及光交叉連接技術(shù)等[9]。未來全光網(wǎng)絡(luò)中光器件之間的插接、跳接、正交等連接方式會得到廣泛應(yīng)用。

光纖柔性板具有密度高、交叉排列、柔軟易彎曲、體積小等優(yōu)點，特別適合光排線的設(shè)計。圖10為基于光纖柔性板和特殊插頭而設(shè)計的一款多芯光排線，適用于全光網(wǎng)絡(luò)中光器件之間的插接、跳接、正交等連接，簡易而方便，能優(yōu)化整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的布線。

圖10 光排線結(jié)構(gòu)

4 結(jié) 論

文章對光纖柔性板的現(xiàn)階段應(yīng)用進行了介紹，包括OXC技術(shù)、光纖配線架、高密度機箱以及模塊盒等；還對未來的應(yīng)用做了展望，包括光纖設(shè)備小型化、光學(xué)監(jiān)控領(lǐng)域以及全光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用等。

光纖柔性板的開發(fā)與應(yīng)用還有一些需求和挑戰(zhàn)，具體涉及以下幾個方面：（1）光纖柔性板的布線規(guī)范需要完善，布線間距、布線半徑、涂覆材質(zhì)、涂覆厚度、光學(xué)性能要求、機械性能要求、環(huán)境性能要求等均需要進一步規(guī)范；（2）光纖柔性板配套插頭的開發(fā)，現(xiàn)階段光纖柔性板常規(guī)配套MT系列插頭，但MT插頭太過單一且成本較高，使用場景也受限，因此新型高密度、尺寸更小的接頭也亟待開發(fā)突破；（3）光纖柔性板、光器件、電器件的集成化，隨著全光網(wǎng)絡(luò)成為未來光通信發(fā)展的必然趨勢，光纖柔性板是否能結(jié)合一些光器件、電器件成為一種具有多功能、智能化的光電集成系統(tǒng)是未來發(fā)展的重要方向。