光纤柔性板的应用现状及未来展望

扈士超，侯 丹，肖湘杰

（深圳太辰光通信股份有限公司，广东 深圳 518000）

0 引 言

随着互联网、物联网、云计算的蓬勃发展，数据通信带宽呈现出爆炸式增长的趋势[1]。然而传统的电互连网络存在着严重制约高性能并行计算机系统和交换设备性能提高的极限性，尽管微处理机等集成芯片的处理能力得到了极大的提高，但数据在芯片之间的传送能力却受到了限制。在大规模系统中，低效的电互连就将导致通信瓶颈的问题[2]。光互连技术具有无感应、无干扰、速率高、密度大、无需接地等诸多优点，被用来逐步替代电互连技术。光纤柔性板正是光互连技术的一种创新应用。

光纤柔性板在物理结构层面进行了光纤布线优化，集成化程度更高，结合高密度的光纤连接插头可以替代一些散乱的光纤布线方案，尤其在高密度数据中心、一些高密度光纤设备、全光网络方向有着广泛的应用前景。

1 光纤柔性板简介

光纤柔性板实际是将多组基于MT接头的带状光纤组合，带MT接头的带状光纤在背板内部通过分解和组合形成一个光纤网络[3]。光纤柔性板示意如图1所示，将多束光纤按照一定的方式排列贴在薄膜上，并利用层压技术或涂覆技术制成2～5 mm厚的板状结构，最终形成一种柔软的光纤交叉阵列板，光纤阵列端可加MT插头。

图1 光纤柔性板示意

一般情况下，输入、输出光纤位于光纤柔性板的前后端，光纤柔性板的尺寸为100 mm×100 mm，每个MT插头为12芯，在前后两端进行插头连接和布线，可布局12×10=120芯；特殊情况下，左右侧边（虚线标识部分）也可以进行输入、输出光纤的排列，光纤布局密度可扩展至240芯。

2 现阶段应用现状

2.1 光交叉连接设备

光交叉连接（Optical Cross-Connect，OXC）是一种兼有复用、配线、保护/恢复、监控以及网管的多功能光传送网（Optical Transport Network，OTN）传输设备，通过对光信号进行交叉连接，能够灵活有效地管理光传输网络，是实现可靠的网络保护/恢复以及自动配线和监控的重要手段[4,5]。

OXC主要由光交叉连接矩阵、掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA）、解复用器（Demultiplexer，DMUX）、合复用器（Multiplexer，MUX）、功率均衡器以及管理控制单元等模块组成，其中光交叉连接矩阵模块可使用光纤柔性板技术。OXC的基本结构框架如图2所示，包含N个波长信号（λ1～λN）的N路光纤先经过EDFA信号放大后，通过1×N解复用器分解为N个单波长光信号，再通过N×N路光开关进行交叉连接，交叉后的光信号经过功率均衡器、MUX耦合进N条光纤，每条光纤包含N个波长（λ1～λN）的光信号。管理控制单元可对光开关和功率均衡器进行控制调节，以实现各种光路的切换变化与光信号功率的稳定输出。

图2 OXC的基本结构

光纤柔性板应用在OXC光交叉连接矩阵系统中，并逐步取代了常规的模块盒连接方案。光交叉连接矩阵系统的演进如图3所示，左侧为模块盒设计方案，其中模块盒为一定体积的长方体形状，和单板分离布放，中间使用跳线耦合对接，占据较大空间；右侧为光纤柔性板方案，由于光纤柔性板为层状，可与单板进行层状叠加设计。相比于模块盒方案，光纤柔性板方案具有节约布线空间、防止线缆混乱、抗震动等优点，可极大地提高设备的可靠性。

图3 光交叉连接矩阵系统的演进

2.2 数据中心布线机柜

数据中心的光纤配线架作为光纤网络数据分配的主要设备，一直承载着移动网络端至核心路由设备端的大量光纤引入和分配等关键作用。

常规的光纤配线架采用单元箱和一体化托盘的结构如图4所示，一体化托盘安装在单元箱中，1U空间仅支持24芯光纤熔接和分配，按2 m机柜40U空间计算，1台机柜总容量仅有24×40=960芯容量。1U光纤柔性板结构机箱的结构如图5所示，利用光纤柔性板技术，结合高密度MT光纤接头，1U空间可支持12×50=600芯光纤熔接和分配，按2 m机柜40U空间计算，1台机柜总容量可达600×40=24 000芯，光纤配置容量为常规方案的20倍以上。

图4 1U单元箱和一体化托盘

图5 1U光纤柔性板结构机箱

2.3 高密度机箱和模块盒

随着数据中心交换机、路由器、光模块间数据交换信息量的不断提高，催生了高密度机箱的设计和开发。现阶段，行业上1U MT-LC机箱最大芯数为144芯，如美国康宁公司开发设计的一款1U高密度机箱[6]。

深圳太辰光公司开发了一款基于光纤柔性板技术的1U MT-LC 180芯机箱和60芯模块盒，并申请了相关专利[7]。基于光纤柔性板的模块盒如图6所示，设计成两层LC插口，前端LC插口通过光纤柔性板1接到MT插口，后端LC插口通过光纤柔板2接到MT插口，利用光纤柔性板的层状结构，单个模块盒的配置芯数可达60芯。1U配套机箱如图7所示，专门为60芯模块安装设计的1U抽拉式机箱，每个机箱可安装3个模块盒，1U空间的总容量可达180芯。利用光纤柔性板技术，可以充分利用模块盒空间，扩大机箱容量，还能优化光纤布局，防止线缆交错混乱。

图6 60芯模块盒

图7 180芯机箱

3 未来应用展望

3.1 光纤通信小型化设备

基于光纤柔性板布线方式简易灵活、体积小以及可极大节省布线空间的优点，一些光纤通信设备可以设计的更加小型化，功能扩展性更加灵活。

一款结合光纤柔板设计的光源机构成如图8所示，其中含8种波长的激光光源，单路光源通过光分路器均分为8束同波长的光，8个不同波长的激光通路就变成了64路，64路光通过光纤柔性板的交叉排列布线，然后配合8芯MT接口，输出端口变为了顺序排列、含有8个不同波长结构形式的光源端口。此光源机共8个MT接口，可实现8个工位或设备的扩展应用。

图8 一款光源机构成

3.2 光学监控设备

光学监控主要利用光纤传感器来实现传感监测功能，一些特殊场景，光学监控技术有着广泛的用途，在某些特殊的应用场合，如油气检测环境、强电磁环境、易燃易爆环境等，传统的电子传感器受限制，这就为光学监控提供了发挥的空间。

一款结合光纤柔性板设计的光纤传感系统构成如图9所示，利用DMUX和光纤柔性板实现光纤的交叉排列，可以让不同位置的温度、湿度、应力等参数汇合在同一温度、湿度、应力等专用芯片上进行分析处理，避免各种参数交叉处理带来的数据混乱，从而缩小设备的体积、提高数据的处理精度、提供各位置数据的详细分布情况。

图9 一种光学监控构成

3.3 全光网络

全光网络是指通过光的形式进行源节点与目的点之间光信息的传输和交换技术。全光网络实现了整个线路都为光路，期间不会参杂电信号，在进行各网络节点之间的交换时，使用的是容量大、灵活性和可靠性高的光交叉连接设备[8]。

全光网络中所使用的关键技术有光交换技术、光信息再生技术、光分插复用技术以及光交叉连接技术等[9]。未来全光网络中光器件之间的插接、跳接、正交等连接方式会得到广泛应用。

光纤柔性板具有密度高、交叉排列、柔软易弯曲、体积小等优点，特别适合光排线的设计。图10为基于光纤柔性板和特殊插头而设计的一款多芯光排线，适用于全光网络中光器件之间的插接、跳接、正交等连接，简易而方便，能优化整个网络系统的布线。

图10 光排线结构

4 结 论

文章对光纤柔性板的现阶段应用进行了介绍，包括OXC技术、光纤配线架、高密度机箱以及模块盒等；还对未来的应用做了展望，包括光纤设备小型化、光学监控领域以及全光网络的应用等。

光纤柔性板的开发与应用还有一些需求和挑战，具体涉及以下几个方面：（1）光纤柔性板的布线规范需要完善，布线间距、布线半径、涂覆材质、涂覆厚度、光学性能要求、机械性能要求、环境性能要求等均需要进一步规范；（2）光纤柔性板配套插头的开发，现阶段光纤柔性板常规配套MT系列插头，但MT插头太过单一且成本较高，使用场景也受限，因此新型高密度、尺寸更小的接头也亟待开发突破；（3）光纤柔性板、光器件、电器件的集成化，随着全光网络成为未来光通信发展的必然趋势，光纤柔性板是否能结合一些光器件、电器件成为一种具有多功能、智能化的光电集成系统是未来发展的重要方向。