什么是空芯光纤？

空芯光纤（HCF，Hollow-core fiber），以空气为传输介质，替代传统以“玻芯“作为传输媒介的光纤。

 

 

 

凭借超低时延、超低非线性、潜在的超低损耗及更宽的通带带宽等特性，空芯光纤可以助力 OTN 系统实现更大的传输容量、更远的传输距离、更小的传输时延。

 

为什么需要空芯光纤？

众所周知，近半个世纪以来，以“单模光纤”系统为代表的光网络，凭借其“大容量、低功耗、低时延”等优势，一直是通信世界坚实的联接底座。

 

然而，石英（玻璃）作为光纤纤芯材质，具有本征极限，包括容量瓶颈及性能极限。

 

容量瓶颈方面：受石英材质的通道带宽制约，单纤单模 C+L 波段容量的上限约为 100Tbps，即使扩展 O / S / U 波段，仍然无法突破 P 级别。

 

性能极限方面：包括非线性、衰减、时延等均存在理论极限，从而限制了传输性能（如距离、时延）的进一步提升。

 

近几年随着空芯光纤相关技术的不断突破，预测未来空芯光纤系统在传输容量、距离及时延方面将会得到全面提升，成为超低时延场景如数据中心、算力网络等的最优选择，也将优先在这些场景实现试商用。

 

空芯光纤 VS 玻芯光纤？

与当前广泛应用的玻芯光纤对比，空芯光纤在以下几个方面具有显著优势：

 

低时延：光主要在近乎空气孔的芯区传输，折射率比实芯玻璃低，传输速度更快，时延从 5us / km 下降至 3.46us / km，传输时延相比于现有光纤系统降低 30%。对于当前及未来时延敏感业务传输非常重要。

 

超低非线性：空芯光纤的非线性效应比常规玻芯光纤的非线性效应低 3 到 4 个数量级，使得入纤光功率可以大幅提高，从而提升传输距离。业界各设备厂家包括中兴通讯基于这一特性已展开相关光系统研究，如 128QAM 高阶调制及高功率放大器技术等，预期至少可提升系统容量及传输距离 2 倍以上。

 

潜在的超低损耗：目前空芯光纤可实现损耗为 0.174dB / km，与现有最新一代玻芯光纤性能持平。同时，空芯光纤在通信窗口理论最小极限可低至 0.1dB / km 以下，比普通玻芯光纤的理论极限 0.14dB / km 更小。

 

超宽工作频段：随着空芯光纤结构设计的不断优化，可以提供超过 1000nm 的超宽频段，轻松支持 O，S，E，C，L，U 等波段。

 

空芯光纤业界应用进展？

鉴于空芯光纤的技术优点，目前国内外高校及光纤领域公司均已展开相关研究。

 

国内：高校包括北京大学、北京工业大学、北京理工及暨南大学等，光纤领域公司如长飞等。

 

国际：最知名的为南安普顿大学子公司 lumenisity（已被微软公司收购），2022 年将空芯光纤衰减系数降低至 0.174dB / km，代表着业界最高技术水平。

 

当然，受限于空芯光纤技术的成熟度，包括光纤性能提升（衰减系数的下降）、制造工艺的成熟度及标准的完善等，目前主要以测试及科研为主。