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新一代光纤技术专场研讨会”上,中国联通研究院副院长、首席科学家唐雄燕发表了题为《面向智算互联的空芯光纤机遇与挑战》的主题演讲,系统分析了空芯光纤的技术优势、应用场景及面临的挑战。
空芯光纤技术进展与应用前景
近年来,空芯光纤技术发展迅速,衰减持续下降。2025年OFC大会上,长飞公司发布的支撑嵌套管空芯光纤(ST-HCF)将损耗降至0.05 dB/km,再次刷新行业纪录。
在传输实验中,空芯光纤展现出超低非线性和超低损耗特性,可以支持更高的入纤功率以及更长单跨段。此外,其传输光谱覆盖范围极广,可支持O-L波段联合传输,具备极大的容量潜力。
中国联通已在多个研究项目中开展了空芯光纤的传输验证。2024年5月完成单波1.2Tbit/s传输实验,验证了空芯光纤的低时延(降低30%)、高功率承载能力;同年12月进一步开展了30km空芯光纤上100G/400G混传测试,验证了熔接点数量对业务传输时延和OSNR传输代价并无明显影响。
在国际上,微软等企业已率先布局空芯光纤现网应用。2022年底收购Lumenisity后,微软在数据中心互联场景积极推进空芯光纤部署。去年底,微软宣称计划两年内部署15000公里空芯光纤。目前基于空芯光纤互联的微软Azure DC 已投入使用,完成两个 DC 站点之间端到端空芯光纤网络组建,且承载实时流量。
从应用场景来看,空芯光纤在智算互联中具有多重潜在价值:
数据中心内部互联(1~100米) :利用其低时延特性,有望提升AI训练效率10%以上;城域数据中心互联(<100公里):支持更大地理覆盖范围,可缓解能源供给限制;广域数据中心互联(数百公里):凭借低损耗、大带宽、低非线性及色散优势,可大幅提升传输容量与稳定性。
技术、工程与应用挑战
唐雄燕指出,尽管空芯光纤展现出诸多优势,但其产业生态仍在构建之中,从光纤介质到工程系统均需全面重构,大规模商用仍面临一系列技术与工程挑战。在智算互联场景的应用有如下难点:
首先是数据中心内部应用的难点。
在数据中心内部,空芯光纤的应用存在一定机会。由于对光缆寿命要求相对较低(无需达到15~20年),且没有室外熔接、进水等潜在维护问题,建设运维较为简单。然而,当前仍存在两个关键难题:
结构与性能问题:现有大芯径空芯光纤难以满足数据中心密集布线、大芯数需求;激光器兼容性问题:当前数据中心普遍使用多模VCSEL激光器,而空芯光纤多为单模设计,二者之间存在模场失配,导致耦合损耗高。无论是重新设计多模空芯光纤,还是推动数据中心使用单模光源,都需要巨大的投入和较长周期。
此外,由于传输距离很短,空芯光纤的低时延、低衰减、宽波段、低非线性等特性在数据中心内部是否真正具备商业吸引力,尚待进一步探索。
其次,在数据中心之间的长距离互联中,空芯光纤同样面临多项工程难题。
进水问题:一旦光缆断裂,空芯通道易进水导致通信中断,需采用IP68级防水接头盒并预留足够盘留长度,同时亟需开发快速检测技术,保证进水段精准切割。
内部进气及吸收峰问题:空芯光纤内部气体吸收影响严重,可能引发E/S波段水峰及C/L波段CO₂吸收峰,限制传输容量与距离,需在拉丝成缆全过程中严格密封,现场熔接也要控制进气。
熔接与成端工艺复杂:空芯光纤的特殊微结构对对准精度要求极高,普通熔接设备难以胜任,需专用熔接机支持;且由于设备端尾纤仍然为常规实芯光纤,空芯光纤与传统实芯光纤的转接仍存在较大连接损耗。
OTDR测量困难:当前商用OTDR设备无法准确测量空芯光纤的衰减、熔接损耗与熔接位置,误差可达近1公里,给故障排查和维护带来较大困难。
最后,标准缺失也是当前空芯光纤规模推广的一大瓶颈。国内外尚未形成统一标准体系,光纤结构差异较大,难以归一化,存在互通问题。
从国内情况看,国内CCSA TC6 WG3在2024年底已完成研究报告,并进一步在TC6 WG1/WG3/WG4开展空芯光纤技术及应用研究,推动技术成熟。国际上,ITU-T SG15也在2025年3月日内瓦全会以及6月Q6巴黎中间会议上,就空芯光纤技术展开讨论,探讨空芯光纤传输的技术可行性。总体看,标准化尚处于初始阶段。