光纤是一种纤细的、柔软的固态玻璃物质，它由纤芯、包层、涂覆层三部分组成，可作为光传导工具。近年来，光通信技术随着光纤一路蓬勃发展,改造世界。可以说,光纤是光通信技术的基石,现如今几乎所有的光传输技术都需要将光纤作为传输媒介。目前,行业内已经针对不同的使用场景发展出了许多不同型号的光纤,但都存在着不同的缺点,导致泛用性不佳。
本文为您着重介绍两大光纤新技术—空分复用（SDM）和空芯光纤的技术优势和发展状况。
光摩尔定律催生新技术
当前用于WDM系统传输的光纤主要为G.652、G.655、G.653、G.654等单模光纤。
● G.652光纤由于其传输损耗及非线性特性,导致在相干传输方向受到制约;
● G.655光纤由于光纤色散小、有效截面积小导致其非线性效应强,传输距离仅为G.652的60% ;
● G.653光纤由于四波混频造成DWDM系统波道间的非线性干扰十分严重,入纤功率低,不利于2.5G以上多信道WDM的传输;
● G.654光纤由于高阶模的多光路干扰对系统传输会产生较大影响,同时其也无法满足未来传输向S、E、O波段扩展的要求。
网络数据通信业务的快速增长对光纤通信系统提出了更高速率、更高容量、更远距离的要求，新型光纤亟待出现。目前，光通信界对下一代“光纤革命”基本上达成共识，从技术方案来看有两种选择，一个是空分复用光纤，另一个是空芯光纤。
空分复用技术（SDM）
空分复用技术（SDM）为光纤传输系统提供了一个新的发展方向，有可能使系统容量增加一个数量级。空分复用技术顾名思义是通过增加纤芯或模式的空间利用率来进一步增加光纤的通信容量。目前，SDM技术有三种增加空间信道的实现方法，分别是多芯光纤（MCF）、少模光纤（FMF）或多模光纤（MMF）以及少模多芯光纤（FM-MCF）。
三种空分复用技术方案的概念图、已报道的光纤横截面图及折射率分布图
空分复用光纤性能优势对比
空芯光纤
空芯光纤也已经问世二十余年,被公认为是光子晶体光纤技术中最具革命性的创新。在这类光子晶体光纤中,通过在光纤包层中产生光子带隙可以将光限制在中央的空心核中传播。其优点是光纤性能不受纤芯的材料特性限制,通过合理设计,空心光纤可以实现传输过程中超过99%的光一直处于空气中,从而大大降低了光纤材料特性对光学性质和光纤性能的影响。在很多应用领域中,它比传统的光纤更有优势,其中之一就是信号强度的增强。
在光纤中传播的一小部分光会发生反射，即背向散射。这种背向散射通常是我们不想看到的，因为它会导致沿光纤传播的信号衰减，并限制了许多基于光纤的设备性能，如为飞机、潜艇和航天器提供导航的光纤陀螺。
近期，来自南安普顿大学和拉瓦尔大学的研究人员首次成功测量了最新的空芯光纤的端面反射信号，其强度要比传统光纤弱10000倍。他们开发了一种仪器，能够可靠地测量在南安普顿大学的光电研究中心制造的空芯光纤中极弱的背向散射信号，测量结果确认了其背向散射强度比标准光纤低四个数量级。
总结
空分复用和空芯光纤作为提升光纤通信系统的关键技术，被认为是继波分复用技术之后的光纤传输技术的第二次技术革命。近年来，世界各国科研机构都开展了相关技术的深入研究。相信在不久的将来，两项技术必将在网络通信和6G领域大有作为。
1.传感器技术公众—《关于光纤，看完了，就懂了》
2.光纤传感Focus—《国际研究揭示下一代光纤的优越特性》
3.中国激光第2147篇—《光纤传输新方向：空分复用光纤技术》
4.《应用场景激增 下一代光纤技术或已迎来高光》
北京光博会7月盛启
激发光纤技术新思路
为推动中国光纤领域关键技术攻关，2023年第十四届光电子产业博览会（简称：北京光博会）将于7月26日-28日在北京国家会议中心盛大启幕。本届博览会以“光领制造.智创未来 ”为主题，通过设立【光通信、光传感及物联网主题展】、【光电检测及测试测量展区】以及【第十一届国际光学与光电子技术及应用学术年会】、【光电子材料与器件发展论坛】，集中展示涵盖光纤在内的黑科技产品和技术，预计将有来自全国的700余家光学企业参展。展+会一体双模式为企业打造沉浸式应用场景，营造光学技术思想碰撞交流的绝佳舞台。
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