空芯光纤,网上很多文章也称之为“空心光纤”,英文名为Hollow-core fiber(HCF),是一种新型光纤。我们现在普遍使用的传统光纤,都是玻芯光纤。在光纤里面,有石英玻璃(主要成分是二氧化硅)制作的纤芯。空芯光纤,顾名思义,就是光纤里面不再有实体纤芯,而是“空”的——只有空气、惰性气体或真空。那么,空芯光纤,相比于传统玻芯光纤,到底有什么优势呢?为什么现在光通信行业,都非常关注和重视空芯光纤呢?
研究空芯光纤,并不是因为减少了里面的纤芯能够降低成本,而是因为光信号在空气中传播,比在玻璃纤维中传播更有优势。根据实验数据,如果采用空芯光纤,光信号的传播速度将会比传统玻芯光纤提升47%左右。
这将大幅降低光纤通信的时延(大约三分之一)。根据相关研究机构的测算,玻芯光纤的时延大约是5微秒/公里,空芯光纤是3.46微秒/公里。1000公里的距离,可以减少1.54毫秒的时延。空芯光纤,因为空气的折射率小于包层的折射率,所以,不会发生全反射现象。因此,空芯光纤想要实现对光的“围困”,就必须采用新的技术思路。早在上世纪60年代,也就是高锟发表光纤创世论文的时候,就有人曾经提出过空芯光纤的设想。但是,那时候的材料技术还不成熟,所以无法实现。1987年,美国应用物理学家伊莱·亚布洛诺维奇(Eli Yablonovitch)和萨杰夫·约翰(Sajeev John)率先提出了光子晶体(photonic crystal)的概念,打破了僵局。
光子晶体(Photonic Crystal),也叫光子禁带材料,是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。光子晶体光纤的诞生,成功引起了光学研究领域的关注。很多团队都开始加入到对光子晶体光纤的研究中,也加速了相关研究的进展。1998年,乔纳森·奈特等人,宣布发现了“光纤中的光子带隙导波效应”,并制备出世界首根光子带隙型光子晶体光纤(Photonic band gap photonic crystal Fiber,PBG-PCF)。
1999年,菲利普·罗素等人,在《Science》发表论文,提出了空芯单模光子带隙型光子晶体光纤(Hollow Core Single-Mode Photonic band gap photonic crystal Fiber,HC-SM-PBG-PCF)。不久后,克里根(R.F.Cregan)等人,正式研制出样品。(注意,这应该是世界上最早的空芯光纤。)2019年,南安普顿大学光电研究中心的弗朗
西斯科 ·伯乐蒂(Francesco Poletti)团队发明了著名的嵌套式抗共振无节点光纤(Nested Antiresonant Nodeless Fiber,NANF),将空芯光纤的损耗降到1.3dB/km。
仅仅一年后,2020年,南安普顿大学的产业化子公司Lumenisity,就将NANF光纤的损耗降到0.28dB/km,轰动了整个行业。近日,
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长飞光纤 两连板,港股2天40%,子公司
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