¿Qué es exactamente la fibra de núcleo hueco?

1.¿Qué es la fibra de núcleo hueco?

Fibra de núcleo hueco (HCF) utiliza aire como medio de transmisión, reemplazando la fibra óptica tradicional que utiliza 'núcleo de vidrio' como medio de transmisión. Con latencia ultrabaja, no linealidad ultrabaja, pérdida potencial ultrabaja y ancho de banda de paso más amplio, La fibra de núcleo hueco puede ayudar sistemas OTN lograr una mayor capacidad de transmisión, una distancia de transmisión más larga y un menor retardo de tiempo de transmisión.

2.Principio de guía de luz de fibra óptica de núcleo hueco

A diferencia del principio de reflexión total de las guías de luz de guía de ondas de fibra óptica convencionales, el núcleo de las fibras ópticas de núcleo hueco es aire y la guía de luz depende completamente de la restricción de la luz por parte del revestimiento. Por ejemplo, se puede utilizar plata altamente reflectante para limitar el reflejo de la luz de modo que sólo pueda transmitirse en el núcleo de aire. Esta tecnología se propuso por primera vez en la década de 1960. Recubre la pared interior de un capilar de vidrio con una película reflectante y luego transmite luz de infrarrojo medio por el centro. Sin embargo, debido a que el agujero es relativamente grande, es más fácil de recubrir, pero cuanto más grande sea el agujero, más modos de transmisión ocurrirán. En esta estructura, es más difícil lograr una transmisión monomodo de larga distancia.

Con el avance de la tecnología, en las décadas de 1980 y 1990, se propusieron estructuras de revestimiento especialmente diseñadas, como fibras huecas de cristal fotónico. Su principio rector de la luz es el efecto de banda prohibida del cristal fotónico. De manera similar al concepto de bandas prohibidas en semiconductores, la estructura de orificios de aire del revestimiento de esta fibra tiene una periodicidad estricta. Cuando esta estructura periódica se destruye mediante la introducción del núcleo de fibra, se forma un estado de defecto o estado local con un cierto ancho de banda, y sólo las ondas de luz de una frecuencia específica pueden propagarse en esta área de defecto, mientras que las ondas de luz de otras frecuencias no. se propaga, formando así una restricción a la luz. Con esta estructura, el índice de refracción de la capa central no necesita ser mayor que el del revestimiento, por lo que surgen fibras ópticas de núcleo hueco más prácticas con diversas estructuras.

Diagrama de estructura de fibra de núcleo hueco.

3.¿Por qué se necesita fibra de núcleo hueco?

Como todos sabemos, desde hace casi medio siglo, las redes ópticas representadas por sistemas de fibra óptica monomodo han sido una base de conexión sólida en el mundo de las comunicaciones con sus ventajas tales como 'gran capacidad, bajo consumo de energía y baja latencia'. Sin embargo, el cuarzo (vidrio), como material central de fibra óptica, tiene límites inherentes, incluida la capacidad. cuellos de botella y límites de rendimiento.

Cable de fibra óptica FCST GYTA

Cuello de botella de capacidad: Debido a la restricción del ancho de banda del canal del material de cuarzo, el límite superior de la capacidad de la banda C+L monomodo de fibra única es de aproximadamente 100 Tbps. Incluso si la banda O/S/U se expande, todavía no puede atravesar el nivel P.

Plímites de rendimiento: Existen límites teóricos que incluyen no linealidad, atenuación, retraso, etc., lo que limita la mejora adicional del rendimiento de la transmisión (como distancia, retraso).

En los últimos años, con los continuos avances en las tecnologías relacionadas con la fibra de núcleo hueco, se predice que la capacidad de transmisión, la distancia y el retardo de los sistemas de fibra de núcleo hueco mejorarán integralmente en el futuro, convirtiéndose en la solución más adecuada para ultra- escenarios de baja latencia, como centros de datos y redes de potencia informática. La mejor opción también dará prioridad a las pruebas comerciales en estos escenarios.

4.¿Fibra de núcleo hueco versus fibra de núcleo de vidrio?

En comparación con la fibra óptica con núcleo de vidrio ampliamente utilizada actualmente, la fibra óptica de núcleo hueco tiene ventajas significativas en los siguientes aspectos.

Baja latencia: La luz se transmite principalmente en la zona central cerca de los orificios de ventilación. El índice de refracción es menor que el del vidrio sólido y la velocidad de transmisión es más rápida. La latencia cae de 5us/km a 3,46us/km. La latencia de transmisión se compara con las fibras ópticas existentes. El sistema se reduce en un 30%. Es muy importante para la transmisión de servicios sensibles a retrasos actuales y futuros.

No linealidad ultrabaja: El efecto no lineal de la fibra de núcleo hueco es de 3 a 4 órdenes de magnitud menor que el de la fibra de núcleo de vidrio convencional, lo que permite aumentar considerablemente la potencia óptica de entrada, aumentando así la distancia de transmisión. Varios fabricantes de equipos de la industria, incluido ZTE, han comenzado a investigar sistemas ópticos relacionados basados ​​en esta característica, como la modulación de alto orden 128QAM y la tecnología de amplificador de alta potencia, que se espera que aumenten la capacidad del sistema y la distancia de transmisión en al menos 2 veces.

Pérdida potencial ultrabaja: La pérdida actual lograda por la fibra óptica de núcleo hueco es de 0,174 dB/km, que es el mismo que el rendimiento de la última generación de fibra óptica de núcleo de vidrio existente. Al mismo tiempo, el límite mínimo teórico de la ventana de comunicación de fibra hueca La fibra óptica de núcleo puede ser tan baja como 0,1 dB/km, que es menor que el límite teórico de 0,14 dB/km de la fibra óptica de núcleo de vidrio ordinaria.

Banda de frecuencia operativa ultra amplia: Con la optimización continua del diseño de la estructura de fibra de núcleo hueco, puede proporcionar una banda de frecuencia ultra ancha que supera los 1000 nm, admitiendo fácilmente O, S, E, C, L, U y otras bandas.

5.¿Cuál es el progreso de la aplicación de la industria de fibras de núcleo hueco?

En vista de las ventajas técnicas de la fibra óptica de núcleo hueco, las universidades y empresas nacionales y extranjeras en el campo de la fibra óptica han realizado actualmente investigación relevante. El más conocido es lumenisity, filial de la Universidad de Southampton, que reducirá el coeficiente de atenuación de la fibra óptica de núcleo hueco a 0,174 dB/km en 2022, lo que representa el nivel técnico más alto de la industria. Por supuesto, limitado por la madurez de la tecnología de fibras de núcleo hueco, incluida la mejora del rendimiento de la fibra (disminución del coeficiente de atenuación), la madurez del proceso de fabricación y la mejora de los estándares, actualmente se centra principalmente en pruebas e investigación científica. Por ejemplo, en 2021, British Telecom anunció que cooperaría con Lumenisity y la empresa de redes globales Mavenir en el British Telecom Laboratory para probar un cable de fibra óptica de núcleo hueco de 10 km de longitud. Por tanto, se prevé que aún tardará algún tiempo en comercializarse.

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