创下新纪录！他们给光修了一条“气体高速公路”

光纤，大家都不陌生。我们平时上网、刷视频，海量信息都在一根根细细的光纤中飞速传输。

传统光纤主要依靠石英玻璃传输光信号，而有一种新型光纤，却反其道而行之：它把中间设计成空腔，让光主要在气体中传播。

(资料图片仅供参考)

光纤不再“实心”，传输速度反而有望更快、损耗更低。这种听起来有些特别的技术，就是空芯光纤。

近日，我国科研团队在空芯光纤传输领域取得重要突破，实现1007.48公里双向实时传输，双向传输速率均达到64Tbps，这创下空芯光纤实时传输距离的新纪录。

今天，我们就来聊聊空芯光纤。

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光纤为什么要“掏空”？

先来看看咱们熟悉的传统光纤。

它的主要材料是石英玻璃，光信号在玻璃纤芯中传播。依靠特殊的结构设计，光被约束在纤芯内，沿着光纤一路向前。

但玻璃并不是传输光信号的完美介质。光在其中传播，会受到材料吸收、散射等因素影响，产生能量损耗。同时，光与玻璃材料相互作用，还会带来非线性效应等问题。

能不能换条路？

空芯光纤给出了一个新思路：把光纤中间设计成空腔，让光主要在空气芯中传播，尽可能减少光与玻璃材料的接触。

这就好比修路。传统光纤相当于让光在玻璃铺成的道路上行驶，空芯光纤则是给光修了一条特殊的“气体高速公路”。

路面材料变了，光的传播环境也随之改变。

相比传统实芯光纤，空芯光纤具有低损耗、低非线性、低色散、低回波损耗和大带宽等优势。

简单来说，就是让光信号跑得更远、传得更多，也更不容易受到干扰。

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让光跑得更快、更远

空芯光纤的优势究竟有多大？

先说速度。光在空气中的传播速度更接近真空中的光速，而在玻璃中传播时，速度会有所降低。因此，空芯光纤有望降低信号传输时延。

这对普通用户可能感受不明显，但对一些争分夺秒的应用来说，意义可不小。

比如金融高频交易，交易系统之间的时延差异可能直接影响交易结果；再比如分布式数据中心，服务器之间需要频繁交换海量数据，传输速度和时延都会影响整体运行效率。

再说容量。空芯光纤具有低非线性、大带宽等特点，可以为更高速率、更大容量的光通信系统提供新的发展空间。

还有传输距离。光信号在光纤中传播得越远，能量损耗越容易累积。空芯光纤通过减少光与玻璃材料的相互作用，有望降低传输损耗，延长无中继传输距离。

不过，想让光在这条“空气高速公路”上跑得又快又远，可不是把玻璃掏空就能实现的。

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光纤中间是空的，还要给它“换空气”？

重点来了！

空芯光纤有一个容易被忽略的问题：空气中，含有一氧化碳、二氧化碳等气体成分。这些气体会吸收特定波段的光信号，形成气体吸收损耗。

早期的空芯光纤中纤芯中含有空气，传输距离越长，这些损耗累积得越明显，信号质量也会受到影响，甚至限制传输容量。

怎么办？

科研团队想出了一个办法：给光纤内部“换空气”！

项目团队用高纯氩气替换光纤内部的空气，从而消除气体吸收对信号传输的影响，实现全波段稳定传输。

不仅如此，团队还优化了光纤结构和制作工艺，将光纤整体链路在1550纳米波长下的损耗控制在0.1dB/km以下。

这是什么概念？

简单理解，就是光在这条光纤中每传输1公里，光功率损耗不到0.1分贝。相比最好的商用实芯光纤，损耗降低一半以上。

要知道，光纤传输距离动辄数百公里、上千公里，每公里损耗都至关重要。把损耗一点点降下来，才能让光信号跑得更远。

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千公里长跑，光纤和系统得打好配合

千公里长跑，光纤本身过硬还不够，整个通信系统也得跟上。

中国电信新一代信息通信专业首席专家霍晓莉介绍，本次突破来自系统与光纤协同攻关。

先说光纤。

以前，低损耗空芯光纤拉制长度有限、成本较高，难以满足长距离试验需求。想给光修一条足够长的高速公路，首先得解决光纤怎么造得更长的问题。

此次，项目团队攻克了长距离拉丝技术，为千公里传输打下基础。

再来看通信系统。

别看空芯光纤优势不少，它也有自己的“脾气”。

比如，光信号在不同传播模式之间可能发生模间干涉，双向传输还涉及特殊的反射特性。如果处理不好，就会影响信号质量。

怎么摸清它的“脾气”？

团队建立了专门的仿真模型，模拟信号在光纤中的传输情况，评估潜在损伤，优化线路配置，并通过功率调控策略提升整个系统的传输性能。

还有一个细节值得关注：这次试验可不是为了在实验室里刷出一个漂亮的数字。

霍晓莉表示，试验过程基本还原了运营商现网的实际铺设情况，还预留了充足的维护余量，力求保障通信线路在整个生命周期内稳定运行。

毕竟，真正投入使用的通信线路，不仅要跑得快，还得经得起长年累月的考验。

从光纤制造到线路设计，再到系统调优，多个环节协同配合，才让光在这条特殊的“气体高速公路”上跑出千公里的新纪录。

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身价不菲，谁会率先用上它？

跑得快、传得多、走得远，空芯光纤这么厉害，是不是很快就能取代传统光纤？

先别急！空芯光纤本领不小，身价也不低。

目前，空芯光纤的成本比传统单模光纤高出数百倍。因此，短期内，它更适合那些对传输时延和带宽要求极高的场景。

谁愿意为这条“气体高速公路”买单呢？

先来看看金融高频交易。在这个争分夺秒的领域，毫秒级的时延差异就可能影响交易收益。粤港跨境证券专线已经率先完成空芯光纤商用，发挥其低时延优势。

接下来，空芯光纤还有望在大型数据中心之间“牵线搭桥”。

如今，人工智能快速发展，大模型训练和推理需要大量算力资源协同工作。数据中心之间就像一群需要密切配合的伙伴，得频繁交换海量数据。数据传得够不够快、通信时延够不够低，都会影响协同效率。

再把视线放远一些，空芯光纤也有望在全国一体化算力网络建设中发挥大用。

算力资源分布在不同地区，如何让它们更好地协同工作？这就需要高速率、大容量、低时延的骨干网络。空芯光纤为此提供了新的技术选择，有望帮助算力资源跨区域调度，为大模型分布式训练等业务提供支撑。

从传统光纤到空芯光纤，看似只是中间多了一片空腔，却为光通信打开了新的发展空间。

小小一根光纤，中间“空”了，未来的想象空间却更大了。

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