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，替代傳統(tǒng)以“玻芯“作為傳輸媒介的光纖。

  憑借超低時延、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)實現(xiàn)更大的傳輸容量、更遠的傳輸距離、更小的傳輸時延。

  Q：為什么需要空芯光纖?

  A：眾所周知，近半個世紀以來，以“單模光纖”系統(tǒng)為代表的光網絡，憑借其“大容量、低功耗、低時延”等優(yōu)勢，一直是通信世界堅實的聯(lián)接底座。

  然而，石英(玻璃)作為光纖纖芯材質，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，即使擴展O/S/U波段，仍然無法突破P級別。

  性能極限方面：包括非線性、衰減、時延等均存在理論極限，從而限制了傳輸性能(如距離、時延)的進一步提升。

  近幾年隨著空芯光纖相關技術的不斷突破，預測未來空芯光纖系統(tǒng)在傳輸容量、距離及時延方面將會得到全面提升，成為超低時延場景如數(shù)據(jù)中心、算力網絡等的最優(yōu)選擇，也將優(yōu)先在這些場景實現(xiàn)試商用。

  Q：空芯光纖 VS 玻芯光纖?

  A：與當前廣泛應用的玻芯光纖對比，空芯光纖在以下幾個方面具有顯著優(yōu)勢：

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

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

  業(yè)界各設備廠家包括中興通訊基于這一特性已展開相關光系統(tǒng)研究，如128QAM高階調制及高功率放大器技術等，預期至少可提升系統(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，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：隨著空芯光纖結構設計的不斷優(yōu)化，可以提供超過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)界應用進展?

  A：鑒于空芯光纖的技術優(yōu)點，目前國內外高校及光纖領域公司均已展開相關研究。

  國內：高校包括北京大學、北京工業(yè)大學、北京理工及暨南大學等，光纖領域公司如長飛等。

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

  當然，受限于空芯光纖技術的成熟度，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準的完善等，目前主要以測試及科研為主。

  如2021年，英國電信宣布在英國電信實驗室與Lumenisity公司和全球網絡公司Mavenir合作，一起測試10km長的空芯光纖光纜。

  2022年國內運營商聯(lián)合光纖及設備廠家也在進行相關技術的研究性測試。

  因此預測其走上商用之路仍需一段時間。

來源：中興文檔