充气光纤电缆性能优于标准光纤

图1. “中空光纤的衰减与600至1100 nm之间的石英光纤相当”，已在Nature Communications上以DOI 10.1038 / s41467-020-199107发布

一项新的研究表明，在南安普敦制造的中心镂空的光纤可以减少标准玻璃纤维目前遇到的功率损耗，因此下一代光纤可能更近一步。

COVID-19危机已使世界各地的人们迅速将工作和社交生活转移到网上，社区再也没有更多地依赖互联网了。越来越多的Zoom呼叫和网络研讨会凸显了不断发展技术使之成为可能的技术的需求。

50多年来，石英玻璃制成的光纤一直是高速光通信的首选传输介质，为全球的家庭和企业使用的基于Internet和云的服务提供了动力。它们还用于传感石油和天然气装置，铁路和桥梁的结构监测，医疗内窥镜以及更多应用，作为全球400亿美元市场的一部分。

但是，由于玻璃内部的光的“散射”，一部分传输功率损失，称为衰减的过程，并且随着光波长的缩短，该功率损失会成为严重问题。通过光纤的这种较高的传输损耗严重限制了较短波长的应用性能。

在这项发表在《自然通讯》上的新研究中，南安普敦大学的研究人员证明，引导光通过充气纤维提供了一种克服玻璃散射所设定的不可克服的衰减极限的潜在方法。

大学光电研究中心（ORC）的一个团队创造了三种不同的中空纤维，其损耗与技术上相关波长660、850和1,060纳米左右的固态玻璃纤维的损耗相当或更低。引导光通过空气的光纤中的较低衰减为量子通信，数据传输和激光功率传输方面的发展提供了潜力。

ORC的Francesco Poletti教授说：“自1970年代以来，已经研究了许多替代玻璃类型和波导技术，试图解决这一问题，但无济于事。”

Poletti教授补充说，中空纤维还可以传输峰值功率水平很高的未失真激光脉冲，以至于如果通过标准玻璃纤维传输时将无法使用，并且保留了产生更精确的传感器和成像内窥镜所需的光的偏振。

本文中开发和报道的纤维是ORC十多年来研究开发嵌套反谐振无节点纤维（NANF）的结果，NANF是一种特殊的中空纤维，由于周围围绕着薄玻璃膜，可将光限制在中央空隙中核心。他们的第一根光纤的衰减为5dB，即每米光纤的衰减仅为光传输的30％。来自全球社会的新的物理认识，以及南安普敦团队领导的制造技术的实质性发展，现已引领了这项研究中报告的一种光纤，通过使每根光纤的衰减仅为5 dB/ 10公里，将这种光纤的性能提高了10,000倍。

Poletti教授接着说道：“我们正在开发的技术有可能为最终用户提供更快的数据中心，更短的延迟，更精确的陀螺仪（用于行星际飞行任务），更有效的基于激光的制造等方面的发展。”

在ERC项目Lightpipe的资助下，南安普敦大学团队发明并开发了这种光纤技术，并继续致力于改善这些光纤的光学性能，同时以较低的成本生产更长的光纤。

光电子研究中心主任大卫·佩恩爵士补充说：“光纤的传输能力是如此之大，以至于我们从没想过会达到用尽光纤的程度。但是在过去的五到十年中，我们已经意识到我们现在已经接近完成这一目标，并且COVID-19的影响进一步加速了这一步，这意味着我们不再能够通过调整传统光纤来挖掘更大的容量，而是必须采用大锤安装的方法。大量新的光缆，这是可能的，但会增加成本。

“更快，更可靠，带宽更大的互联网将帮助我们维持目前的在线工作和社交水平，并使我们能够在3-D视频会议和虚拟现实等领域进一步发展。”

Poletti教授说：“我们坚信，我们最终可能会找到一种有潜力补充并在许多情况下替代全固态二氧化硅纤维的解决方案，而全固态二氧化硅纤维在半个世纪以来一直是家庭和商业应用的主流。”

“我们的发现表明，在当今光学技术中使用的各种波长下，中空芯纤维都有可能胜过当前的光纤。它们不仅具有较低的衰减，而且还可以承受较高的激光强度，例如融化岩石和钻油井，并生产出效率更高的激光器进行制造。”