Эволюция волоконно-оптической связи и появление технологии пустоценного волокна

Путешествие оптической связи определяется постоянным стремлением человечества передавать информацию быстрее и дальше.От древних маяков и оптических семафоров в эпоху Наполеона до изобретения телеграфа в 19 векеПервый трансатлантический кабель, проложенный в 1858 году, способен отправлять код Морзе через океан,Символизирует рассвет глобальной взаимосвязи..

В последующие десятилетия радиоволны преобразовали коммуникацию, но их ограничения полосы пропускания и проблемы с помехами показали необходимость в лучших средствах.с использованием рафинированных проводящих и изоляционных материалов, доминировала в передаче на большие расстояния до конца 20 века.Открытие Чарльзом Као и Джорджем Хокхемом в 1960-х годах, что очищенное стекло может направлять свет на километры, ознаменовало начало эры оптического волокна.Когда в 1970-х годах компания Corning представила стекловолокно с низкими потерями, была заложена основа для современной инфраструктуры Интернета.

Наука, лежащая в основе пустоценного волокна (DNANF)

В отличие от традиционных оптических волокон, которые опираются на твердое стеклянное ядро, волокна с полым ядром (HCF) направляют свет через центральный воздушный канал, окруженный структурированными стеклянными слоями.двойной вложенный антирезонансный безузловой волокна (DNANF) выделяется как революционный дизайн.

Эта архитектура работает с помощью антирезонансного отражения и ингибированной сцепления, обеспечивая, чтобы свет оставался ограниченным в воздушном ядре, а не взаимодействовал со стеклом.Это нововведение устраняет ключевые механизмы потери, особенно рассеяние Рейли, которые фундаментально ограничивают обычные силиконовые волокна..

Производство DNANF требует точного контроля потери утечки, поверхностного рассеяния и микро-сгибания эффектов, все из которых зависят от геометрии волокна и длины волны.Для оптимизации этих параметров используются сложные инструменты моделирования, обеспечивая стабильную производительность с низкими потерями в широких спектральных окнах.

Беспрецедентные показатели эффективности

Недавние эксперименты показали необыкновенные результаты: недавно разработанное волокно HCF2 достигло рекордного ослабления 0,091 дБ/км при 1550 нм, что является самой низкой оптической потерей, когда-либо зарегистрированной.Это превышает давний барьер производительности обычных кремниевых волокон.

Помимо рекордно низкого ослабления, DNANF демонстрирует исключительное окно передачи.Улучшение на 260% по сравнению со стандартными телекоммуникационными волокнами.

Усовершенствованные испытания, включая оптическую рефлектометрию временного домена и повторные измерения сокращения, подтвердили равномерную потерю по длине волокна 15 км.Волокно также демонстрирует выдающуюся чистоту режима (интермодальные помехи < −70 дБ/км), обеспечивая превосходное качество сигнала для связи на сверхдальние расстояния.

Отличительные технические преимущества

В дополнение к рекордным показателям производительности, технология полых ядерных волокон обеспечивает множество преимуществ для оптических систем следующего поколения.почти в семь раз ниже, чем в обычных волокнах, что уменьшает потребность в комплексной компенсации дисперсии.

Скорость передачи является еще одним моментом, поскольку свет путешествует в основном по воздуху, скорость распространения увеличивается до 45% по сравнению с твердоводными волокнами.Воздушно-направляемая структура также подавляет нелинейные оптические эффекты, что позволяет передавать высокую мощность и скорость передачи данных без искажения сигнала.

Производство включает в себя высококонтролируемый процесс сбора и извлечения с использованием тонких стеклянных капилляров.должны быть точно поддерживаются для достижения последовательного антирезонансного поведенияУсовершенствованная микроскопия и многоволневые испытания обеспечивают геометрический и оптический контроль качества.

Более широкое влияние и будущий потенциал

Последствия DNANF выходят за рамки обычных систем связи.обеспечивает совместимость с различными системами усиления.

Например, усилители на основе ytterbium (≈1060 nm) предлагают пропускную способность 13,7 THz, усилители, допированные висмутом, обеспечивают 21 THz в диапазонах O/E/S, а системы thulium/holmium (≈2000 nm) обеспечивают более 31 THz.Настройка DNANF для этих полос может увеличить текущую пропускную способность передачи в 5-10 раз.

Будущие разработки могут еще больше снизить потери до 0,01 дБ/км благодаря более крупным ядрам и улучшенной механической арматуре.их преимущества в эксплуатации делают их подходящими для высокомощной лазерной транспортировки и связи на сверхдальние расстояния.

Перспективы: к следующему поколению оптических сетей

DNANF представляет собой важный шаг вперед в области оптического волновода. объединяя сверхнизкие потери, широкую спектровую полосу пропускания и улучшенную стабильность сигнала, он прокладывает путь к более быстрому,более энергоэффективный, и более широких волоконных сетей.

Приложения будут охватывать телекоммуникационную инфраструктуру, центры обработки данных, промышленную лазерную доставку, сенсорные системы и научные приборы..По мере того, как методы изготовления становятся более зрелыми и масштабируемость улучшается, полые волокна готовы стать краеугольным камнем коммуникационных технологий следующего поколения.

Этот прорыв демонстрирует, что с помощью инновационного дизайна волновода,Древние физические барьеры передачи стекловолокна действительно могут быть преодолены, открывая новую эру оптической связи..