新型空心光纤如何做到具有接近光速的传播信号能力?

OFweek光通讯网 中字

近日,英国电信(BT)宣布与Lumenisity 及 开放无线接入网(O-RAN)移动供应商Mavenir开展合作,将新型空心光纤应用于英国的网络市场中。

成立于 2017 年初,Lumenisity致力于将空芯光纤开发的突破性商业化,并在2020年9月推出了CoreSmart?电缆,随后欧洲带宽基础设施公司euNetworks Fiber UK Limited在2021年4月部署第一个基于NANF?空心光纤的超低延迟电缆计划。

据悉,在这次合作中,英国电信的研究人员使用的是由Lumenisity提供的10公里长的空心光纤电缆,该电缆有一个中空的中心。他们用这种空心光纤来进行各种测试,分析该光缆是否能推动5G网络和超安全通信的发展,如量子密钥分发(QKD)。

通常,我们所说的空心光纤指的是空心光子带隙光纤、空心布拉格光纤和耦合抑制导光空心光纤等。

它们共同的特点是:一个充满空气的中心芯,外环的玻璃用于引导激光束,信号传输速度能保持在非常接近光速的水平。

与传统光纤相比,空心光纤可以将光限制在中心空气孔中从而减小了光与光纤材料的相互作用,因而可以实现一系列应用,如高功率激光制导、超短激光传输、脉冲压缩、减少延迟通信以及中红外传输。

延时的减少将带来众多好处,包括高频传输以及降低移动网络成本等。延迟较低还意味着在无线接入网络(RAN)中使用空心光纤可以通过从一个交换机或机柜中提供更多的5G天线来实现降低移动网络运营成本。

随着光纤拉丝技术的发展,空心光纤也得到了迅速发展。光纤市场上也对空心光纤展示了欢迎的态度。

于去年,罗彻斯特大学和中央佛罗里达大学光学与光子学院的研究人员就为实现光纤“噪声”的降低,设计了抗谐振空心光纤,如图1所示,

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抗谐振空心光纤

该光纤由7个空心毛细管围绕光纤内部的空心排列而成。这种设计可以使光纤包层与纤芯内部传输的光束之间重叠最小,从而消除由光纤材料本身发出的声子干扰。

据悉,最后,该抗谐振空心光纤通过了高度灵敏的探测技术的测试。测试结果表明:抗谐振空心光纤在降低噪声方面的效率是传统单模光纤的1000倍,是其他中空型光纤的10倍。

而剩下的噪声是由于光纤内部的空气引起的,如果可以排空里面的空气,其效率会进一步提高100倍。

该结果刷新了这种抗谐振空心光纤达到了室温下由光纤声子产生噪声的最低记录,并被认为可以应用于量子信息处理和光通信等低噪声应用平台。

中空纤维组负责人南安普敦大学Francesco Poletti教授说:"通过消除纤维中心的玻璃,我们还消除了输入光束的极化纯度可能被降低的物理机制。因此,我们的光纤提供的质量代表了性能上的巨大飞跃。

由于衰减低至0.28 dB/km,相关人士称,空心光纤有望很快达到可能低于传统光纤的瑞利散射极限的水平,这种波导结构很快就能为下一代光子学支持的科学仪器在预定波长和数百公里外提供类似真空的制导纯度和环境不敏感度。

他们认为,对空心光纤的研究有有利于推动未来光纤的发展,光在玻璃中传播所造成的延迟时间能够减少高达50%。

故,在空心光纤的这次应用中,英国电信(BT)、Lumenisity 及移动供应商Mavenir三方都给予一致的好评。

英国电信的光网络研究主管 Andrew Lord 教授称:"我们非常乐意试用空心光纤。这种新型光纤电缆将对未来世的界通信基础设施发挥重要作用,通信能力和速度将逐步提升,以满足5G网络、流媒体等所驱动的高速、低延迟的通信需求。"

Lumenisity负责产品管理的总监Mike Fake表示,他们非常荣幸与英国电信合作,这进一步证明了低损耗、高性能的空心光纤电缆能够对他们的合作伙伴的运营网络产生积极的影响。"

"扩大光纤连接无线电覆盖范围的能力只是进一步证明了Open RAN及其生态系统的发展潜力,更重要的是这能够为我们提供更多Open RAN解决方案的案例数量。"Mavenir业务发展高级副总裁John Baker补充道。

除了上述提到的这些正常的在空气孔内传输光的常规应用外,空心光纤的另一个使用的方案是:在空气孔中填充灌输液体。

如此一来,光可以在流体中传输,从而将微流控(microfluidic)技术与光纤相结合,在光纤器件上实现光流控(optofluidic)。

但目前的空心光纤普遍存在一个问题,就是光纤周围一圈是密闭的,因此液体只能从光纤首尾两端流入流出。但这样的话空芯光纤的两端就不能与输入光纤和输入光纤熔接在一起,而只能分离一段距离,使得液体可以通过这三段光纤间的缝隙流通。这种结构很不稳定,而且需要较高的对准精度和光束准直度,否则会造成很大的光损耗。

为了解决这一问题,来自复旦大学和利摩日大学(University of Limoges)的Yang Hao, Limin Xiao和Fetah Benabid等人提出了一种非对称间隙无节点空心光子晶体光纤(NHC-PCF)。

其在光纤侧面开了一条缝隙,并利用多个二氧化硅套管将光场约束在中心孔洞处,这样空心光纤两端就可以与输入输出光纤分别熔接在一起而不影响液体的流通,极大地提高了整体的稳定性和光流控应用的可拓展性。


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