O que exatamente é fibra de núcleo oco?

1.O que é fibra de núcleo oco?

Fibra de núcleo oco (HCF) utiliza ar como meio de transmissão, substituindo a tradicional fibra óptica que utiliza “núcleo de vidro” como meio de transmissão. Com latência ultrabaixa, não linearidade ultrabaixa, perda potencial ultrabaixa e largura de banda de banda passante mais ampla, fibra de núcleo oco pode ajudar Sistemas OTN alcançar maior capacidade de transmissão, maior distância de transmissão e menor atraso de transmissão.

2.Princípio de guia de luz de fibra óptica de núcleo oco

Diferente do princípio de reflexão total dos guias de luz de guia de ondas de fibra óptica convencionais, o núcleo das fibras ópticas de núcleo oco é o ar, e a orientação da luz depende inteiramente da restrição da luz pelo revestimento. Por exemplo, prata altamente reflexiva pode ser usada para restringir o reflexo da luz de modo que ela só possa ser transmitida no núcleo de ar. Esta tecnologia foi proposta pela primeira vez na década de 1960. Ele reveste a parede interna de um capilar de vidro com uma película reflexiva e então transmite luz infravermelha média no meio. No entanto, como o furo é relativamente grande, é mais fácil revestir, mas quanto maior o furo, mais modos de transmissão ocorrerão. Nesta estrutura, é mais difícil conseguir transmissão monomodo de longa distância.

Com o avanço da tecnologia, nas décadas de 1980 e 1990, as pessoas propuseram estruturas de revestimento especialmente projetadas, como fibras ocas de cristal fotônico. Seu princípio orientador de luz é o efeito de banda de cristal fotônico. Semelhante ao conceito de band gap em semicondutores, a estrutura do orifício de ar do revestimento desta fibra tem periodicidade estrita. Quando esta estrutura periódica é destruída pela introdução do núcleo da fibra, um estado de defeito ou estado local com uma certa largura de banda é formado, e apenas ondas de luz de uma frequência específica podem se propagar nesta área de defeito, enquanto ondas de luz de outras frequências não podem. se propaga, formando assim uma restrição à luz. Com esta estrutura, o índice de refração da camada central não precisa ser maior que o do revestimento, de modo que surgem fibras ópticas de núcleo oco mais práticas com várias estruturas.

Diagrama de estrutura de fibra de núcleo oco

3.Por que a fibra de núcleo oco é necessária?

Como todos sabemos, durante quase meio século, as redes ópticas representadas por sistemas de fibra óptica monomodo têm sido uma base sólida de conexão no mundo das comunicações com vantagens como 'grande capacidade, baixo consumo de energia e baixa latência'. No entanto, o quartzo (vidro), como material de núcleo de fibra óptica, tem limites inerentes, incluindo capacidade gargalos e limites de desempenho.

Cabo de fibra óptica FCST GYTA

Gargalo de capacidade: Devido à restrição de largura de banda do canal do material de quartzo, o limite superior da capacidade da banda C + L de fibra única e modo único é de cerca de 100 Tbps. Mesmo que a banda O/S/U seja expandida, ela ainda não consegue ultrapassar o nível P.

Plimites de desempenho: Existem limites teóricos, incluindo não linearidade, atenuação, atraso, etc., o que limita a melhoria adicional do desempenho da transmissão (como distância, atraso).

Nos últimos anos, com os avanços contínuos nas tecnologias relacionadas à fibra de núcleo oco, prevê-se que a capacidade de transmissão, a distância e o atraso dos sistemas de fibra de núcleo oco serão melhorados de forma abrangente no futuro, tornando-se a solução mais adequada para ultra- cenários de baixa latência, como data centers e redes de energia computacional. A melhor escolha também dará prioridade aos ensaios comerciais nestes cenários.

4.Fibra de núcleo oco VS fibra de núcleo de vidro?

Em comparação com a fibra óptica de núcleo de vidro atualmente amplamente utilizada, a fibra óptica de núcleo oco tem vantagens significativas nos seguintes aspectos.

Baixa latência: A luz é transmitida principalmente na área central próxima aos orifícios de ar. O índice de refração é inferior ao do vidro sólido e a velocidade de transmissão é mais rápida. A latência cai de 5us/km para 3,46us/km. A latência de transmissão é comparada com as fibras ópticas existentes. O sistema é reduzido em 30%. É muito importante para a transmissão de serviços sensíveis a atrasos atuais e futuros.

Não linearidade ultrabaixa: O efeito não linear da fibra de núcleo oco é 3 a 4 ordens de grandeza menor do que o da fibra de núcleo de vidro convencional, o que permite que a potência óptica de entrada seja bastante aumentada, aumentando assim a distância de transmissão. Vários fabricantes de equipamentos do setor, incluindo a ZTE, iniciaram pesquisas em sistemas ópticos relacionados com base nesse recurso, como modulação de alta ordem 128QAM e tecnologia de amplificador de alta potência, que deverão aumentar a capacidade do sistema e a distância de transmissão em pelo menos 2 vezes.

Potencial perda ultrabaixa: A perda de corrente alcançada pela fibra óptica de núcleo oco é de 0,174dB/km, que é igual ao desempenho da última geração de fibra óptica de núcleo de vidro existente. A fibra óptica de núcleo de vidro pode ser tão baixa quanto 0,1dB/km, que é menor que o limite teórico de 0,14dB/km da fibra óptica de núcleo de vidro comum.

Banda de frequência operacional ultra ampla: Com a otimização contínua do design da estrutura de fibra de núcleo oco, ele pode fornecer uma banda de frequência ultralarga superior a 1000 nm, suportando facilmente O, S, E, C, L, U e outras bandas.

5.Qual é o progresso da aplicação da indústria de fibra de núcleo oco?

Tendo em vista as vantagens técnicas da fibra óptica de núcleo oco, universidades e empresas nacionais e estrangeiras na área de fibra óptica têm realizado atualmente pesquisa relevante. A mais conhecida é a Lumenisity, subsidiária da Universidade de Southampton, que reduzirá o coeficiente de atenuação da fibra óptica de núcleo oco para 0,174dB/km em 2022, representando o mais alto nível técnico da indústria. É claro que, limitada pela maturidade da tecnologia de fibra de núcleo oco, incluindo melhoria do desempenho da fibra (diminuição do coeficiente de atenuação), maturidade do processo de fabricação e melhoria dos padrões, atualmente está focada principalmente em testes e pesquisas científicas. Por exemplo, em 2021, a British Telecom anunciou que iria cooperar com a Lumenisity e a empresa de rede global Mavenir no British Telecom Laboratory para testar um cabo de fibra óptica de núcleo oco com 10 km de comprimento. Portanto, prevê-se que ainda demore algum tempo para que seja comercializado.

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