在海底光纜系統(tǒng)的技術演進中，空芯光纖（Hollow Core Fiber，HCF）因其獨特的物理特性成為近年來的研究熱點。

相比傳統(tǒng)高性能海底光纖G.654.D，HCF通過低延遲、低非線性效應和低損耗等優(yōu)勢，為長距離大容量傳輸提供了新的可能性。下面我們來看看HMN 公司的最新研究。

圖1：海底電纜系統(tǒng)架構示意圖

HCF的核心優(yōu)勢源于其空心結構。光信號在空氣介質(zhì)中傳播，不僅將傳輸延遲降低至傳統(tǒng)實芯光纖的三分之一，還顯著減少了非線性效應和衰減。2024年微軟的研究顯示，HCF的損耗已降至0.1 dB/km，首次超越實芯光纖。

圖2：HCF與G.654.D在不同跨段長度下的容量對比曲線

其中容量計算基于公式：  

備注：SNR_TOT由光纖噪聲、終端放大器噪聲、調(diào)制懲罰及OTU引入的干擾共同決定。

同時，由于HCF的非線性系數(shù)比G.654.D低兩個數(shù)量級，允許更高的發(fā)射功率，但受限于海底系統(tǒng)的供電能力，實際應用中僅將總輸出功率（TOP）提升3dB。此外，HCF的模態(tài)間干擾（IMI）已通過制造工藝控制在-55 dB/km，進一步減少信號劣化。具體關鍵參數(shù)對比如下表所示。

表1：HCF與G.654.D關鍵參數(shù)對比

實驗結果顯示，當跨段長度為125 km時，HCF在10000公里距離下的容量提升高達54.4%，而G.654.D因非線性效應隨功率增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢。

• 83.33 km跨段：容量提升從1000 km的5.7%增至10000 km的34%。

• 100 km跨段：容量提升從7.5%增至40.4%。

• 125 km跨段：容量提升從11%增至54.4%。

值得注意的是，跨段長度變化對HCF容量影響較小，但對G.654.D的影響顯著。例如，在6000公里傳輸中，G.654.D的容量隨跨段長度增加而下降，而HCF仍保持穩(wěn)定增長。

圖3：跨段長度對容量提升的影響趨勢

這一差異源于HCF的低非線性特性。在同等條件下，HCF的發(fā)射功率可提高至G.654.D的1.5倍，同時減少信號失真。例如，當系統(tǒng)帶寬為4.8 THz時，HCF的有效面積（200 μm2）相比G.654.D（130 μm2）進一步降低功率密度，抑制非線性效應。此外，HCF的色散系數(shù)（3 ps/nm/km）僅為G.654.D的1/7，減少了對復雜色散補償技術的依賴。

然而，HCF的規(guī)?；瘧萌悦媾R挑戰(zhàn)。當前研究假設忽略系統(tǒng)余量、焊接問題及拉曼能量轉移，實際部署需綜合考慮制造一致性、中繼器可靠性及成本因素。例如，HCF的模態(tài)干擾雖已大幅降低，但在超長距離傳輸中仍需優(yōu)化光纖幾何結構以減少模式耦合。

總體而言，HCF為海底電纜系統(tǒng)提供了顯著的容量增益。在1萬公里級傳輸場景下，其容量可達G.654.D的1.5倍，且對跨段長度的適應性更強。隨著制造工藝的進步和系統(tǒng)集成技術的成熟，HCF有望成為下一代跨洋通信的核心載體。