什么是空芯光纖？為什么需要空芯光纖？

今日和文檔君一起學(xué)習(xí)技術(shù)名詞：

空芯光纖（Hollow-core fiber）—— 一種新型傳輸媒介 。

Q什么是空芯光纖？

A空芯光纖（HCF，Hollow-core fiber），以空氣為傳輸介質(zhì)，替代傳統(tǒng)以“玻芯“作為傳輸媒介的光纖。

憑借超低時(shí)延、超低非線性、潛在的超低損耗及更寬的通帶帶寬等特性，空芯光纖可以助力OTN系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更大的傳輸容量、更遠(yuǎn)的傳輸距離、更小的傳輸時(shí)延。

Q為什么需要空芯光纖？

A眾所周知，近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，以“單模光纖”系統(tǒng)為代表的光網(wǎng)絡(luò)，憑借其“大容量、低功耗、低時(shí)延”等優(yōu)勢(shì)，一直是通信世界堅(jiān)實(shí)的聯(lián)接底座。

然而，石英（玻璃）作為光纖纖芯材質(zhì)，具有本征極限，包括容量瓶頸及性能極限。

容量瓶頸方面：受石英材質(zhì)的通道帶寬制約，單纖單模C+L波段容量的上限約為100Tbps，即使擴(kuò)展O/S/U波段，仍然無(wú)法突破P級(jí)別。

性能極限方面：包括非線性、衰減、時(shí)延等均存在理論極限，從而限制了傳輸性能（如距離、時(shí)延）的進(jìn)一步提升。

近幾年隨著空芯光纖相關(guān)技術(shù)的不斷突破，預(yù)測(cè)未來(lái)空芯光纖系統(tǒng)在傳輸容量、距離及時(shí)延方面將會(huì)得到全面提升，成為超低時(shí)延場(chǎng)景如數(shù)據(jù)中心、算力網(wǎng)絡(luò)等的最優(yōu)選擇，也將優(yōu)先在這些場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)試商用。

Q空芯光纖 VS 玻芯光纖？

A與當(dāng)前廣泛應(yīng)用的玻芯光纖對(duì)比，空芯光纖在以下幾個(gè)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)：

低時(shí)延：光主要在近乎空氣孔的芯區(qū)傳輸，折射率比實(shí)芯玻璃低，傳輸速度更快，時(shí)延從5us/km下降至3.46us/km，傳輸時(shí)延相比于現(xiàn)有光纖系統(tǒng)降低30%。對(duì)于當(dāng)前及未來(lái)時(shí)延敏感業(yè)務(wù)傳輸非常重要。

超低非線性：空芯光纖的非線性效應(yīng)比常規(guī)玻芯光纖的非線性效應(yīng)低3到4個(gè)數(shù)量級(jí)，使得入纖光功率可以大幅提高，從而提升傳輸距離。

業(yè)界各設(shè)備廠家包括中興通訊基于這一特性已展開(kāi)相關(guān)光系統(tǒng)研究，如128QAM高階調(diào)制及高功率放大器技術(shù)等，預(yù)期至少可提升系統(tǒng)容量及傳輸距離2倍以上。

潛在的超低損耗：目前空芯光纖可實(shí)現(xiàn)損耗為0.174dB/km，與現(xiàn)有最新一代玻芯光纖性能持平。

同時(shí)，空芯光纖在通信窗口理論最小極限可低至0.1dB/km以下，比普通玻芯光纖的理論極限0.14dB/km更小。

超寬工作頻段：隨著空芯光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化，可以提供超過(guò)1000nm的超寬頻段，輕松支持O，S，E，C，L，U等波段。

Q空芯光纖業(yè)界應(yīng)用進(jìn)展？

A鑒于空芯光纖的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)外高校及光纖領(lǐng)域公司均已展開(kāi)相關(guān)研究。

國(guó)內(nèi)：高校包括北京大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、北京理工及暨南大學(xué)等，光纖領(lǐng)域公司如長(zhǎng)飛等。

國(guó)際：最知名的為南安普頓大學(xué)子公司lumenisity（已被微軟公司收購(gòu)），2022年將空芯光纖衰減系數(shù)降低至0.174dB/km，代表著業(yè)界最高技術(shù)水平。

當(dāng)然，受限于空芯光纖技術(shù)的成熟度，包括光纖性能提升（衰減系數(shù)的下降）、制造工藝的成熟度及標(biāo)準(zhǔn)的完善等，目前主要以測(cè)試及科研為主。

如2021年，英國(guó)電信宣布在英國(guó)電信實(shí)驗(yàn)室與Lumenisity公司和全球網(wǎng)絡(luò)公司Mavenir合作，一起測(cè)試10km長(zhǎng)的空芯光纖光纜。

2022年國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合光纖及設(shè)備廠家也在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究性測(cè)試。

因此預(yù)測(cè)其走上商用之路仍需一段時(shí)間。

審核編輯：湯梓紅