光纖柔性板的應用現狀及未來展望

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

隨著互聯網、物聯網、云計算的蓬勃發展，數據通信帶寬呈現出爆炸式增長的趨勢[1]。然而傳統的電互連網絡存在著嚴重制約高性能并行計算機系統和交換設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，但數據在芯片之間的傳送能力卻受到了限制。在大規模系統中，低效的電互連就將導致通信瓶頸的問題[2]。光互連技術具有無感應、無干擾、速率高、密度大、無需接地等諸多優點，被用來逐步替代電互連技術。光纖柔性板正是光互連技術的一種創新應用。

光纖柔性板在物理結構層面進行了光纖布線優化，集成化程度更高，結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，尤其在高密度數據中心、一些高密度光纖設備、全光網絡方向有著廣泛的應用前景。

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部通過分解和組合形成一個光纖網絡[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，并利用層壓技術或涂覆技術制成2～5 mm厚的板狀結構，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，左右側邊（虛線標識部分）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 現階段應用現狀

2.1 光交叉連接設備

光交叉連接（Optical Cross-Connect，OXC）是一種兼有復用、配線、保護/恢復、監控以及網管的多功能光傳送網（Optical Transport Network，OTN）傳輸設備，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絡，是實現可靠的網絡保護/恢復以及自動配線和監控的重要手段[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）、解復用器（Demultiplexer，DMUX）、合復用器（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。OXC的基本結構框架如圖2所示，包含N個波長信號（λ1～λN）的N路光纖先經過EDFA信號放大后，通過1×N解復用器分解為N個單波長光信號，再通過N×N路光開關進行交叉連接，交叉后的光信號經過功率均衡器、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和功率均衡器進行控制調節，以實現各種光路的切換變化與光信號功率的穩定輸出。

圖2 OXC的基本結構

光纖柔性板應用在OXC光交叉連接矩陣系統中，并逐步取代了常規的模塊盒連接方案。光交叉連接矩陣系統的演進如圖3所示，左側為模塊盒設計方案，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，占據較大空間；右側為光纖柔性板方案，由于光纖柔性板為層狀，可與單板進行層狀疊加設計。相比于模塊盒方案，光纖柔性板方案具有節約布線空間、防止線纜混亂、抗震動等優點，可極大地提高設備的可靠性。

圖3 光交叉連接矩陣系統的演進

2.2 數據中心布線機柜

數據中心的光纖配線架作為光纖網絡數據分配的主要設備，一直承載著移動網絡端至核心路由設備端的大量光纖引入和分配等關鍵作用。

常規的光纖配線架采用單元箱和一體化托盤的結構如圖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臺機柜總容量僅有24×40=960芯容量。1U光纖柔性板結構機箱的結構如圖5所示，利用光纖柔性板技術，結合高密度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臺機柜總容量可達600×40=24 000芯，光纖配置容量為常規方案的20倍以上。

圖4 1U單元箱和一體化托盤

圖5 1U光纖柔性板結構機箱

2.3 高密度機箱和模塊盒

隨著數據中心交換機、路由器、光模塊間數據交換信息量的不斷提高，催生了高密度機箱的設計和開發?，F階段，行業上1U MT-LC機箱最大芯數為144芯，如美國康寧公司開發設計的一款1U高密度機箱[6]。

深圳太辰光公司開發了一款基于光纖柔性板技術的1U MT-LC 180芯機箱和60芯模塊盒，并申請了相關專利[7]?；诠饫w柔性板的模塊盒如圖6所示，設計成兩層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構，單個模塊盒的配置芯數可達60芯。1U配套機箱如圖7所示，專門為60芯模塊安裝設計的1U抽拉式機箱，每個機箱可安裝3個模塊盒，1U空間的總容量可達180芯。利用光纖柔性板技術，可以充分利用模塊盒空間，擴大機箱容量，還能優化光纖布局，防止線纜交錯混亂。

圖6 60芯模塊盒

圖7 180芯機箱

3 未來應用展望

3.1 光纖通信小型化設備

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

一款結合光纖柔板設計的光源機構成如圖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，輸出端口變為了順序排列、含有8個不同波長結構形式的光源端口。此光源機共8個MT接口，可實現8個工位或設備的擴展應用。

圖8 一款光源機構成

3.2 光學監控設備

光學監控主要利用光纖傳感器來實現傳感監測功能，一些特殊場景，光學監控技術有著廣泛的用途，在某些特殊的應用場合，如油氣檢測環境、強電磁環境、易燃易爆環境等，傳統的電子傳感器受限制，這就為光學監控提供了發揮的空間。

一款結合光纖柔性板設計的光纖傳感系統構成如圖9所示，利用DMUX和光纖柔性板實現光纖的交叉排列，可以讓不同位置的溫度、濕度、應力等參數匯合在同一溫度、濕度、應力等專用芯片上進行分析處理，避免各種參數交叉處理帶來的數據混亂，從而縮小設備的體積、提高數據的處理精度、提供各位置數據的詳細分布情況。

圖9 一種光學監控構成

3.3 全光網絡

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

全光網絡中所使用的關鍵技術有光交換技術、光信息再生技術、光分插復用技術以及光交叉連接技術等[9]。未來全光網絡中光器件之間的插接、跳接、正交等連接方式會得到廣泛應用。

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

圖10 光排線結構

4 結 論

文章對光纖柔性板的現階段應用進行了介紹，包括OXC技術、光纖配線架、高密度機箱以及模塊盒等；還對未來的應用做了展望，包括光纖設備小型化、光學監控領域以及全光網絡的應用等。

光纖柔性板的開發與應用還有一些需求和挑戰，具體涉及以下幾個方面：（1）光纖柔性板的布線規范需要完善，布線間距、布線半徑、涂覆材質、涂覆厚度、光學性能要求、機械性能要求、環境性能要求等均需要進一步規范；（2）光纖柔性板配套插頭的開發，現階段光纖柔性板常規配套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突破；（3）光纖柔性板、光器件、電器件的集成化，隨著全光網絡成為未來光通信發展的必然趨勢，光纖柔性板是否能結合一些光器件、電器件成為一種具有多功能、智能化的光電集成系統是未來發展的重要方向。