爱德泰分享 | 空芯光纤：面向下一代网络的新型光纤

 随着科技的不断进步，为了更好地满足AI和未来数据传输负载的需求，传统的实芯石英光纤由于其本身的限制，如材料的吸收、色散、容量瓶颈、性能极限、非线性、低损伤阈值等属性，使得其在光纤通信、高功率激光输出、超快光学、非线性光学等领域都表现出局限性，制约了相关行业的发展和进步。

因此，具有低损耗、超低延时、更高通带带宽的空芯光纤应运而生。

● 什么是空芯光纤？

空芯光纤（HCF，Hollow-core fiber），又称空心光子晶体光纤、气芯光纤，是以空气为传输介质的光纤。

空芯光纤电缆内部有一个充满空气的中央通道，周围环绕着一圈玻璃链，其横截面看起来很像蜂巢，中间有一个空孔，该结构就像是太空中的无阻尼数据传输通道，内部是真空状态，可以让搭载着数据的光信号真正接近光速。

（*图片来源于网络）

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。

与传统的实心光纤不同，空芯光纤中心是一个空气或真空芯，而不是玻璃或其他材料，因此具有很多特殊优点。

● 空芯光纤的特点

1.低损耗：

目前空芯光纤可实现0.174dB/km的损耗，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，可实现无需中继器即可在更长的距离上进行部署。

2.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。

3.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。这对于某些应用，如光子学实验和超快光学研究等，具有重要意义。

4.高激光损伤阈值：

空芯光纤由于可以实现超过99％的光功率在空气中传输，光场与材料重叠极小。在相同的传输功率下有更低的材料吸收，因此拥有更高的激光损伤阈值。

5.超宽频段：

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。

6.大孔径与灵活性：

由于中心是空气或真空，其孔径比实心光纤大得多，但弯曲半径可以非常小，因此可以更易于与其他设备进行连接，同时适用于需要弯曲和形状比较复杂的应用。

●空芯光纤的工作原理

（*Lumenisity空芯光纤）

1.入射角度

当光线通过空芯光纤时，它们会被反射回来，并沿着管道向前传播。这种反射发生的角度取决于光线入射时的角度。

2.反射

当入射角度小于临界角时，光线将被反射回来，并沿着管道向前传播。这种反射称为全内反射(Total lnternaReflection)。

3.传输

当入射角度大于临界角时，光线将无法被全内反射，并会从空芯中心逃离。因此，在空芯光纤中传输的光波必须保持小于临界角的入射角度。

4.谐振

当光线在空芯光纤中传输时，它们会与管道的内壁相互作用，并形成一种谐振(Resonance)模式。这种谐振模式决定了光线在空芯光纤中传输时的波长和频率。

●空芯光纤业界应用

1.高速率、长距离数据传输领域

光通信由于其低损耗和宽带特性，空芯光纤被广泛应用于光通信领域。它可以用于高速数据传输、长距离通信和卫星通信等领域。

2.光学传感器

由于其灵活性和大孔径特性，空芯光纤被广泛应用于光学传感器领域。它可以用于测量温度、压力、流量和化学成分等参数。

3.激光加工

根据空芯光纤的特性，其也能被广泛应用于激光加工领域。它可以用于切割、焊接、打孔和表面处理等应用。

近几年随着光纤相关技术的不断突破，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。

空芯光纤是面向下一代网络的新型光纤，可以满足日益增长的网络容量需求，和传统光纤相比具有显著的降本增效优势，未来在超算、DCI、海缆等特定低时延应用,以及传感、高功率传递、特殊光源等领域具有广泛应用。