2024年11月19日，在Microsof Ignite 2024上，微软宣布未来24个月计划部署15000公里空芯光纤。

中国电信阳光采购网11月22日发布公告，中国电信浙江公司2024年空芯光纤光缆现场试验项目首次采购空芯光纤光缆95皮长公里。空芯光纤在国内的试用进程进一步加速。

    从近年来空芯光纤的热度来看，空芯光纤在国内的商用也应该为期不远了，但空芯光纤要想在市场上占一席之地依然面临诸多挑战。

  

    空芯光纤微结构中毛细管的壁厚很薄，只有1μm左右，拉丝时微结构容易坍塌。拉丝时需用高纯气体施加到各个气压控制区，纤芯、包层大孔、包层小孔分别用独立压力控制，如图1所示，以抵消毛细管壁表面张力的影响并控制毛细管的几何形状。 

  

图1 拉丝过程中的气压控制

    空芯光纤毛细管的壁厚t、嵌套管的直径差d1、节点的间距d2、纤芯直径D等尺寸参数（见图2）均会影响光纤的性能，拉丝时的精度要求极高，这也导致了空芯光纤的连续拉丝长度有限（当前最好水平约10km），光纤制造成本极高。

图2 空芯光纤的部分尺寸参数

    空芯光纤的连续拉丝长度是影响空芯光纤成本及性能的重要因素。当前，国内虽然有厂商连续拉丝长度达15km，但连续拉丝15km与连续拉丝10km相比，光纤的最小衰减要高出一倍以上，带宽也明显降低，如图3所示。   

图3 不同拉丝长度时的衰减

          

 

    空芯光纤的带宽能力主要与毛细管的壁厚有关，毛细管的壁厚越厚对生产工艺的要求越低，但光纤的低损耗带宽也越小。毛细管的壁厚通常有400nm、1.1μm和1.9μm三种，壁厚为400nm和1.1μm时的衰减曲线如图4所示。从图中可以看出，壁厚为1.1μm时，空芯光纤的带宽只有350nm左右，仅为壁厚为400nm时带宽的1/3左右。

          

图4 不同壁厚空芯光纤的衰减    

 

    目前的工艺水平（连续拉丝10km～15km）只能采用较厚的壁厚（1.1μm），光纤在C波段附近的带宽约120nm（@15km），如图3所示，低于G.652.D光纤的165nm（S+C+L）。

3.2 对压力敏感    

    空芯光纤对压力更敏感，成缆后的附加损耗较大。空芯光纤光缆在敷设安装后的衰减要比裸纤高0.1dB/km以上。虽然0.1dB/km的附加衰减并不大，但相对裸纤的衰减（目前国内的最好水平已低于0.2dB/km@1550nm）来说，衰减增加的比例还是有些高。

          

 

    空芯光纤在用普通切割刀切割时，光纤的断面很难能形成整齐的断面，如图5所示，而且空芯光纤在熔接时，微结构也容易变形。这导致要成功地对空芯光纤进行熔接需要较长的时间，接续每芯的时间往往超过10分钟；光纤的熔接衰减也较大，通常不超过0.1dB/个，是实心光纤的2倍以上。另外，由于是空芯结构，光纤熔接接头的强度也较低。

图5 切割后的空芯光纤断面

 

    空芯光纤的中空结构，使水很容易因毛细现象进入到光纤中。当空芯光纤断裂后浸入水中10分钟，水就会进入光纤中0.5m～1.0m。空芯光纤浸水后不同时间内水进入光纤中的长度如表1所示。

表1 空芯光纤的进水长度

          

    在维护中，如果缆中的空芯光纤进水了，往往需要更换掉进水点前后的光缆段落。譬如，管道光缆在某个手孔内被老鼠咬断后导致缆中的空芯光纤进水了，往往需要更换掉该手孔相邻两个管道段的光缆，代价还是相当大的。

4.3 现有OTDR无法使用

    OTDR是光缆线路维护中不可或缺的仪表，但由于空芯光纤的背向瑞利散射信号强度太弱，使得现有OTDR仪表无法应用于空芯光纤测试，需研发专门用于空芯光纤测试的OTDR。

    光缆的使用寿命通常超过20年，受制造工艺的制约，空芯光纤光缆的造价非常昂贵，光缆敷设后一般也不会在短期内轻易废弃。如果光纤产品在商用时还没有标准，在今后的维护中大概率会遇到与新产品的兼容问题。

    空芯光纤的很多技术指标对应用有较大影响，譬如：外径、模场直径、微结构形式、微结构尺寸、低损耗窗口等。空芯光纤的产业化目前尚处于初期，这些指标的标准化还有很长的路要走，短期（2年）内难以标准化将对产品的使用范围产生不利影响。

    空芯光纤衰减的测试可使用多种方法，但每种方法测试的结果有较大差异，空芯光纤的衰减测试方法有待规范。

图6 不同方法测试结果的差异

    如图6为某批次（2个不同长度光纤段）空芯光纤在C波段的衰减测试结果，其中，蓝色与浅蓝色曲线为使用超连续光源和光谱仪的测试结果，红色为使用光源和光功率计的测试结果，绿色为采用OTDR的测试结果。   

 

    在《与传统通信光纤相比，空芯光纤有哪些优点》一文中提到：理想情况下空芯光纤可数十倍提升通信容量。但当前受多种因素的制约，空芯光纤的容量与普通G.652.D光纤相比并无显著的提升。空芯光纤容量的制约因素我们有机会再作进一步分析。

 

    空芯光纤的发展虽然面临着诸多挑战，但在科学家、厂商和运营商的共同努力下，我国空芯光纤产业的发展已经取得了非常大的进步，技术水平基本处于世界第一阵营。相信在他们的持续探索和协作下，空芯光纤必将逐步克服困难，实现大规模商用。

              

 

           

参考文献

[1] 长飞. 下一代通信光纤：空芯反谐振光纤. 2024(04)

[2] 烽火. 空芯反谐振光纤简介. 2024(07)

[3] 光通信女人. Y10T287 长飞：15km连续长度空芯光纤制造

[4] 光芯之路. ECOC2024：HCF空芯光纤产业

[5] 中国光学. ACS Photonics | 空芯光纤高效率耦合新技术

转自一丁一卯