什么是“空芯光纤”？

空芯光纤（Hollow-core fiber）—— 一种新型传输媒介，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。

空心光纤是一种特殊类型的光纤，其中心部分为空心，光线通过空心的部分进行传输。与传统的实心光纤不同，空心光纤的光信号传播在真空或气体填充的空腔中进行，而不是在固体材料的纤芯中传播。

空心光纤的主要特点是具有较低的光传输损耗和较高的传输效率，因此在光通信、光学传感等领域有广泛的应用。由于其独特的结构，空心光纤可以有效地降低光的传播损耗，提高传输效率，从而在光通信、光学传感等领域得到广泛应用。

空心光纤的工作原理主要是基于光的全反射原理。在空心光纤中，光通过空心的光纤轴传播，当光从空心部分射向光纤壁时，由于折射率的差异，光会在光纤壁上发生全反射，从而实现光的传输。此外，空心光纤还利用了光的波动性，通过设计特殊的光纤结构，可以实现光的波长选择性传输，进一步提高传输效率。

空心光纤的重要参数指标主要包括传输损耗、带宽、折射率差异等。传输损耗是指光在传输过程中能量的损失，是评价光纤传输性能的重要指标。带宽是指光纤能够传输的频率范围，直接影响光纤的传输速率。折射率差异是指空心部分和光纤壁的折射率之差，影响光的全反射条件，从而影响光的传输效率。

根据空心部分的形状和结构，空心光纤可以分为圆形空心光纤、多边形空心光纤、光子晶体空心光纤等。其中，圆形空心光纤是最常见的一种类型，其空心部分为圆形，具有良好的光传输性能。多边形空心光纤和光子晶体空心光纤则通过设计特殊的光纤结构，实现了光的波长选择性传输，提高了传输效率。

未来随着科技的发展，空心光纤的应用领域将进一步扩大，其传输性能也将得到进一步提高。未来，空心光纤可能会在量子通信、光计算等领域发挥重要作用。

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。

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。

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。

如 2021 年，英国电信宣布在英国电信实验室与 Lumenisity 公司和全球网络公司 Mavenir 合作，一起测试 10km 长的空芯光纤光缆。

2022 年国内运营商联合光纤及设备厂家也在进行相关技术的研究性测试。

因此预测其走上商用之路仍需一段时间。

来源：微技术之家