技术文章|400G SR8光模块应用中关于MT及MPO连接器的Core Dip指标研究

苏州天孚光通信 张雨 / 29-Jan-2019

1．Core Dip指标概述

1）Core Dip描述：由于光纤的纤芯相对于包层材质较软，因此在研磨过程中更容易被切削，从而形成纤芯（相对于包层）的凹陷，称之为“Core Dip”。如下图所示，即多模MT／MPO产品的光纤纤芯“Core Dip”

2）Core Dip影响：光纤纤芯的内凹陷会造成MT／MPO产品端接时，光纤之间形成“Air Gap空隙间隙”，从而直接（主要）影响到系统“Return Loss回波损耗”指标

3）Core Dip指标的测量：基于IEC 61300－3－30定义如下所示，推荐使用红光，至少绿光干涉仪，更适合测量微观连续曲面，可以提升测量的精度，以及重复性和再现性。

4）Core Dip指标与Return Loss回波损耗的对应关系：

备注：Return Loss定义为相同规格的MT／MPO产品对接测试，而不是对直接对空气的反射备注：Core Dip指标正数表示“凹陷”，负数表示“凸出”

2．多模高速光模块对端接回波损耗指标的要求

1）40G／100G SR4光模块

信号制式：10G／25GNRZ信号

RL回波损耗要求：20～30dB

Core Dip规格：＜150nm

2）400G SR8光模块

信号制式：50GPAM4信号

RL回波损耗要求：＞40dB

Core Dip规格：＜50nm

3）行业现状介绍

随着高速光模块的信号制式由NRZ信号过渡到PAM4信号，从眼图上可以直观的看到，系统对于“噪声”更为敏感，而降低系统端接处的背向反射Back－reflection（即提升Return Loss回波损耗）成为一个不得不去考虑的重要因素

多模高速光模块在客户使用端的实际“端接”回波损耗由两个因素决定：

A，光模块光接口（MT）的Core Dip指标

B，终端客户采购的MPO／MTP Patchcord连接器的Core Dip指标

光模块厂商可以要求其MT线缆连接器供应商去管控Core Dip指标，但对于其最终用户（例如Data Center客户）选购的MPO／MTP Patchcord质量评估却是一个未知数

因此，我们看到基于PAM4信号的400G SR8光模块上，为了解决系统回波损耗隐患的一个折中方案趋势，就是由多模MT／PC研磨形式，调整为多模MT／APC研磨形式，描述如下：

A，多模MT／MPOAPC研磨类型端接回波损耗（Return Loss）＞40dB

B，PC型MPO／MTP

PC vs APC端面对接反射示意

3．MT／MPO研磨工艺及Core Dip产能原因

1）常规LC／SC／FC等连接器用的陶瓷插芯，一个插芯里一根光纤，为了保证对接时光纤完全接触，因此陶瓷插芯采用的“球面研磨技术”，如下图所示

2）而MPO／MTP连接器内的MT插芯由于是光纤阵列结构，如果采购球面研磨，那么势必造成中间的光纤能够对接，两侧的光纤就接触不到了。因此MPO／MTP产品只能采用的“平面研磨”

3）MPO采用平面研磨，又会带来一个问题：我们虽然说磨PC面，就是0度，但其实都是有公差的，即＋／－0．2度，而且是长轴和短轴两个方向都存在角度公差。那么两个MPO产品（平面）对接的时候，因为存在研磨角度公差，光纤之间就会无法接触，而形成“对接间隙”

4）研磨角度公差是必然存在的，那么如何才能解决光纤对接间隙问题。因此就需要让光纤凸出MT插芯端面，如下图所示为IEC 61755－3－3对于光纤高度的定义，以及MT干涉仪测量的光纤高度3D／2D图形：

5）为了在研磨过程中实现光纤凸出MT插芯端面来，一般用绒布进行研磨。因为光纤材质硬，而MT插芯是PPS塑料材质，软一些。因此绒布研磨过程中，绒毛＋研磨颗粒，可以实现对塑料MT插芯的切削量比光纤要大，于是就形成了“凸纤”效果

6）但是，鉴于绒毛＋研磨颗粒的研磨方式，会对材质“软硬度”区别形成差异，那么光纤纤芯Fiber Core比光纤包层Cladding要软，因此在研磨凸纤的过程中，也就顺带产生了Core Dip的凹陷，是“nm级单位”，这就是Core Dip的产能机理

7）常见修复MT／MPO Core Dip的工艺

Back－cut研磨工艺：即通过增加一道SiO／CeO抛光研磨，将Fiber球面区域尽量磨平，降低Core Dip纤芯凹陷，如下图示意，甚至可以形成纤芯略凸的状态

Flock Film研磨工艺：通过降低MT／MPO凸纤研磨的绒布作用效果，减小Core Dip形成

4．总结

市场需求是一切技术进步的推动力，光模块产品正在迎接400G以及5G等新市场需求的到来，产品技术的变革是必然趋势，有源与无源的技术协调及整合也将更为紧密。

天孚光通信，作为国内光无源器件领域的领军者，正在利用我们多年的技术经验沉淀，理论分析能力，试验平台优势等资源，助力高端有源光模块客户将新一代产品更快速的推向市场，这是天孚人自始秉承的经营理念。

作者：张雨