C114訊 6月26日消息（九九）光纖是光網(wǎng)絡基礎設施核心，光網(wǎng)絡升級需同步發(fā)展新型光纖。面向800G乃至1.6T超高速時代，傳統(tǒng)玻芯光纖在傳輸距離、容量和介質上的挑戰(zhàn)日益增大。空芯光纖作為下一代光通信技術代表，具備超大容量、超低損耗、超低時延等顯著優(yōu)勢，是破解當前光通信瓶頸的關鍵技術之一。
6月26日，在“2025中國光通信高質量發(fā)展論壇”系列活動的“新一代光纖技術專場”上，中國移動研究院技術經(jīng)理、主任研究員王東發(fā)表題為《空芯光纖及其傳輸系統(tǒng)：挑戰(zhàn)、關鍵技術及未來展望》的演講。
王東介紹，自2021年提出算力網(wǎng)絡理念以來，中國移動持續(xù)推動形成算網(wǎng)融合的新型全光底座，從超大帶寬、超低時延、靈活調度三個方面，重點推進光傳送網(wǎng)400G代際演進及T比特高速傳輸、顛覆性空芯光纖及系統(tǒng)、OXC+ODU+fgOTN三級調度等光網(wǎng)絡關鍵技術的創(chuàng)新。面向智算的快速發(fā)展，進一步提出新型無損智算HIC-OTN技術理念，助力算力網(wǎng)絡持續(xù)發(fā)展走深走實。
后400G時代，實芯光纖面臨邊際效應
王東指出，400G是繼100G之后的又一重大代際技術，業(yè)界將400G類比為光傳輸的5G。面向400G，中國移動采用基于QPSK調制、130GBd超高速光器件、C6T+L6T寬譜的400G新型全光網(wǎng)技術體系，完成全球首次400G骨干網(wǎng)規(guī)模應用，實現(xiàn)國家“東數(shù)西算”八大算力樞紐之間的400G高速互聯(lián)，覆蓋135個以上城市。
面向后400G時代，中國移動進一步開展T比特級傳輸技術探索。一方面共享400G骨干網(wǎng)C6T+L6T寬譜光層及130GBd超高速光電器件，基于高階調制碼型探索性開展單波800G及1.2T的80波傳輸系統(tǒng)試驗，明確重用130GBd產業(yè)難滿足T比特骨干長距傳輸需求，需進一步攻關超200GBd光相干收發(fā)等核心組件。另一方面，伴隨波特率提升至200GBd以上，頻譜將隨之至少擴展到S+C+L波段以滿足80波系統(tǒng)需求，需進一步審視SRS效應在多波段超寬譜場景下影響。試驗表明，面向SRS效應更顯著和復雜的S+C+L多波段傳輸場景，大有效模場面積G.654光纖的傳輸性能優(yōu)勢更為凸顯。
對于T比特級的光傳輸有兩個重要的技術攻關方向：一是提升單波速率，二是擴展可用頻譜。如果要滿足1000公里以上的長距傳輸，在采用QPSK低階調制的情況下，所需波特率要達到500GBd以上，對于器件芯片的要求極高，遠遠超出了現(xiàn)有能力。對應的頻譜要擴展到24THz以上，新波段光放大器的能力、SRS效應都面臨更大的挑戰(zhàn)，可以說，受限于實芯光纖的非線性效應，傳輸距離和單纖容量的增益已經(jīng)面臨邊際效應。
反諧振空芯光纖優(yōu)勢明顯，突破兩大物理瓶頸
王東進一步指出，反諧振空芯光纖是對光纖及光通信產業(yè)的一次全面顛覆與根本性變革。相比實芯光纖通過材料摻雜實現(xiàn)全反射導光，空芯光纖基于全新空氣導光機理，通過設計反諧振結構，將光信號約束在纖芯中間的空氣中進行傳輸，具有超低時延、超低損耗、超低非線性、超寬頻譜等優(yōu)勢，可突破實芯光纖的“非線性香農容量極限”與“傳輸時延極限”兩大物理瓶頸。
在超低時延方面，光纖時延占光通信時延的90%以上，反諧振空芯光纖空氣導光可實現(xiàn)超30%傳輸時延降低，有助于實現(xiàn)各種時延敏感類業(yè)務如智算大模型訓練、高頻金融交易、移動前傳和算力網(wǎng)絡三級時延圈。
在光纖損耗方面，空心光纖的損耗主要由限制損耗、表面散射損耗、微彎損耗和宏彎損耗組成，伴隨產學研協(xié)同大力攻關，空心光纖的損耗已經(jīng)由早期的500dB/km降至0.1dB/km以下，突破了實芯光纖0.14dB/km的損耗極限。
此外，反諧振空芯光纖在非線性和色散方面的優(yōu)勢將一定程度上降低oDSP復雜度，并提升短距直調直檢性能。
王東介紹，空芯光纖也有兩項核心參數(shù)目前是劣于實芯光纖的：一是偏振模色散，空芯光纖的圓對稱性差于實芯光纖，且中空結構抗壓能力較弱，PMD偏大；二是模間干擾，空芯光纖的導光機理導致其本質上是多模光纖，通過設計實現(xiàn)包層內空氣層基模與纖芯高階模相位匹配，達成纖芯高階模式的快速剝離，目前可達<-50dB/km，長距離傳輸預期需要達到-60dB/km以下。
逐步推進現(xiàn)網(wǎng)部署，探索空芯光纖潛在應用場景
在產業(yè)方面，Ciena、BT、Comcast、微軟等多家廠商陸續(xù)啟動了針對空芯光纖通信的試點和投資收購。微軟2024宣布未來24個月計劃部署15000公里空芯光纖用于數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)。
中國移動于2024年聯(lián)合領纖科技、暨南大學采用四單元截斷型雙層嵌套結構，在國內首次突破0.14dB/km實芯光纖理論損耗極限，達到國際領先水平。在推進空芯光纖設計創(chuàng)新的同時，中國移動聯(lián)合長飛、領纖、特發(fā)、華為、中興、烽火、諾基亞等合作伙伴，逐步推動項目部署和系統(tǒng)技術攻關。
王東介紹，對于空芯光纖未來的應用，重點探索關注以下幾個場景：
大容量長距離骨干傳輸，聯(lián)合長飛、中興、華為和北京大學，通過光路、光收發(fā)機和DSP算法多維度技術創(chuàng)新，基于空芯光纖實現(xiàn)單波1T 10714km傳輸距離紀錄，相比于同波特率1T在實芯光纖傳輸1000km，提升10余倍。實驗中發(fā)現(xiàn)模間串擾和損耗譜不平坦兩項新型損傷機制，將取代非線性效應成為限制空芯光纖長距離傳輸性能的主導因素。
百公里智算集群間光互聯(lián)，面向智算光互聯(lián)超大帶寬、超低時延100km量級傳輸需求，構建基于空芯光纖+高階調制的新型光傳輸系統(tǒng)，完成單通道85 GBd DP-144QAM-PCS信號在百公里空芯光纖傳輸，單通道有效傳輸速率達1.09Tb/s，且入纖功率達15dBm時無明顯非線性損傷，具有進一步提升傳輸能力潛力。
空芯光纖+VCSEL智算中心內光網(wǎng)絡，在850nm波段，空芯光纖相比實芯多模光纖在傳輸損耗、色度色散、模式純度等方面均具有顯著優(yōu)勢，有望基于VCSEL+空芯光纖實現(xiàn)≥2km單lane 200G信號傳輸，滿足智算中心網(wǎng)絡跨機樓互連需求，有力拓寬VCSEL技術路線應用場景。
大容量低時延6G前傳，面向6G更低時延、更大容量需求，發(fā)揮空芯光纖低色散、低非線性、低損耗、低背向瑞利散射、低時延的優(yōu)勢�；诳招竟饫w，中國移動破解C波段色散對IM/DD WDM性能的限制，實現(xiàn)單波速率224Gb/s、同波長單纖雙向總容量16.7Tb/s 10km傳輸，并進一步構建無DSP高速光模塊，時延、功耗等光模塊核心性能指標顯著提升。
王東同時指出，經(jīng)過系統(tǒng)的技術和場景研究，發(fā)現(xiàn)空芯光纖目前有三個關鍵技術問題亟需解決：氣體吸收問題、空芯光纖偏振模色散和損耗譜平坦性與模間干擾。
演講的最后，王東表明反諧振空芯光纖及系統(tǒng)的下一步攻關方向，一方面需進一步加強光纖自身的標準化和實用化部署等技術研究；另一方面應研發(fā)匹配空芯光纖傳輸特性的新型器件、模塊、設備，開辟光通信產業(yè)發(fā)展新藍海。
