基于NANF技术的新型空芯光纤

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2019年出现了采用双琉璃管嵌套抗谐振无节点光纤(NANF)技术。南安普顿大学将空芯光纤的损耗降到1.3dB/km。经过结构优化后,C+L波段的损耗降到0.65dB/km,首次表明了空芯光纤的损耗可接近普通光纤的潜能。

更进一步的,在今年的OFC上,南安普顿大学的研究者们还将这一记录推进到0.28dB/km损耗,光纤长度提升到1.7km。通过在设计方面做了一些改进,1510到1610nm范围内损耗为0.28±0.04dB/km,到1640nm处损耗略高一点,约为0.3dB/km,这已经非常接近于单模长距传输系统的需求了。在过去的18个月内,他们将空芯光纤的损耗降低了10倍,从3.5降至0.28dB/km,仅仅为现有光纤最低损耗的2倍。同时最大传输距离也提升了10倍,从最开始的75km延长到750km。

光纤损耗的降低主要取决于两项技术的引入,其一为玻璃管接触处不使用节点连接,这避免了节点处玻璃厚度的增加从而产生谐振影响光纤性能;其二是在大玻璃管中嵌套小玻璃管,来将光从空芯区域泄露降低一千倍,同时将包层玻璃管的厚度减小一半,到0.5um。

这样不仅降低了损耗,而且将空芯光纤的低损耗窗口扩展了3倍,提升到1520~1650nm的120多nm。光纤长度的增加则主要是因为光纤拉制工艺的改善,从原来的500m到后来的1.2km再到最近的1.7km,他们采用了更大的预制棒来拉丝,一致性更好。

进一步地,通过对比有限元仿真与实验测试结果,他们还将空芯光纤的损耗按一定比例分解为光泄露损耗,微弯损耗和表面散射损耗,其中表面散射损耗,是由表面粗糙度引起的不规则散射,这将是空芯光纤损耗的终极制约因素,它潜在的极限可小于0.1dB/km。

现在空芯光纤损耗低到跟普通光纤非常接近了,适合用来做光传输,而且还具有很好的特性,色散低,非线性低,时延低,这在降低DSP功耗,提高功率预算等方面提供比常规光纤更好的性能。短期内来看虽然在长距传输领域不会取代普通光纤,但在一些短距的对延时敏感的应用,如AR/VR应用,远程医疗,自动驾驶,银行金融业务相关数据中心网络等,还是有可能率先用上基于空芯光纤光通信的,但前提是制造工艺成熟,与普通光纤熔接简单且低损耗,价格下降到与普通光纤接近。


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