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、更小的傳輸時延。
Q:為什么需要空芯光纖?
A:眾所周知,近半個世紀(jì)以來,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、低時延”等優(yōu)勢,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(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(wǎng)絡(luò)等的最優(yōu)選擇,也將優(yōu)先在這些場景實(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(shí)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(dāng)前及未來時延敏感業(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(shè)備廠家包括中興通訊基于這一特性已展開相關(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,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),目前國內(nèi)外高校及光纖領(lǐng)域公司均已展開相關(guān)研究。
國內(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)域公司如長飛等。
國際:最知名的為南安普頓大學(xué)子公司lumenisity(已被微軟公司收購),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,目前主要以測試及科研為主。
如2021年,英國電信宣布在英國電信實(shí)驗(yàn)室與Lumenisity公司和全球網(wǎng)絡(luò)公司Mavenir合作,一起測試10km長的空芯光纖光纜。
2022年國內(nèi)運(yùn)營商聯(lián)合光纖及設(shè)備廠家也在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究性測試。
因此預(yù)測其走上商用之路仍需一段時間。
來源:中興文檔