光纤通信之空芯光纤技术

  新一代的纤维技术已经越来越活跃了，它是基于微结构纤维，纤维上的孔沿其长度方向排列。它们依靠光子晶体、光子带隙或其他结构来限制光，从而开启了新的可能性。  

    微结构光纤由于微结构密度的不同（varying densities of microstructures）而产生材料的折射率不同；这些折射率的差异引导或限制了光传输。如果微结构与光纤传输的波长相比很小，则它所含的孔会降低多孔材料的平均折射率，因此它可以作为低折射率包层，引导光穿过固体或多孔芯（实芯光子晶体光纤）。

光子晶体光纤产生光子带隙效应（photonic bandgap effect），阻止特定波长的光通过特定区域的传输。这一现象可用于将某些波长的光限制在有效面积较大的核心内，OFS Optics在2020年10月出版的《激光聚焦世界》中对此进行了描述（2020 issue of Laser Focus World）。格子结构起着内包层（cladding）的作用。标记为“分流”的六个六边形单元围绕着25µm直径的纤芯，将高阶模式从大的25µm磁芯中耦合出去，使其有效地成为单模传输（18）。  

OFS光学公司的空芯光子带隙型光纤的结构，在真空中以接近光速传输信号。（由OFS光学公司提供）   虽然光子带隙光纤比传统的实芯光纤具有更高的损耗，但它的空芯可以以30万km/s的速度传输光，而不是20万km/s的实芯光纤（由于折射率引起的传输速度）。空芯光缆中的光的引入时间增加了1.5微秒/公里，对于高频交易者来说（华尔街精英的需求），微秒意味着金钱，他们为通过特殊光缆的传输支付溢价。

  2020年，英国南安普顿大学（University of Southampton）的子公司Lumenisity（Romsey，England）推出了一种基于嵌套式抗共振无节点光纤（NANF）技术的新型空芯光纤光缆。空芯被几个嵌套的环型包层围绕。这种方法允许在比光子带隙光纤更宽的波长范围内进行低损耗传输。在OFC2020，南安普敦的研究人员报告，在1550nm最小的实芯光纤衰减下，损耗仅为0.28dB/km（预计2021-2022年降低到0.15dB每公里是很有可能的，理论极限还远远未达到，现在是工艺问题）。

最小损耗为0.28 dB/km的空心NANF光纤的结构及其在1200和1700之间的衰减（蓝色）与早期最小损耗为0.65 dB/km的NANF光纤、纯二氧化硅实心光纤（紫色）和光子带隙光纤（绿色）的衰减（由光电研究中心ORC提供，南安普顿大学）

编辑：黄飞