光通信技术，重大突破

紫苏花甲

近日，由微软支持的Lumenisity研究团队宣布，其研发的新型空芯光纤实现了有史以来最低的信号衰减水平。这一成果于9月1日发表在国际权威期刊《自然•光子学》（Nature Photonics）上，标志着光通信技术迎来重大突破。

空芯光纤是什么？
它是一种新型光纤结构，该结构由多层微米级厚度的同心玻璃管构成，这些管壁如同微型反射镜，将光不断反射回中央空气通道内，同时抑制高阶模式。由于核心区域设计为空气介质，这种空芯光纤不再依赖传统的实心石英玻璃导光，而是利用空心玻璃管传输光信号。
简单来说，光信号的传输介质从实心玻璃（石英玻璃制的纤芯）变成了空气、惰性气体或真空。空心区域内的空气相比于传统光纤的固体材料具有更低的光吸收和散射损耗，使得光信号能够以更小的衰减进行长距离传输，打破了现有光纤在信号损耗方面的物理极限，可显著提升数据传输效率和距离。
严格意义上说来，“空芯光纤”这个概念并不那么新，早在20世纪60年代就已有人提出空芯光纤的设想，但受限于技术而没有实现。此前的空芯光纤因光信号容易泄漏，损耗通常超过1dB/km，难以用于长距离通信。微软研究团队实现此次突破的关键在于，采用的新型双层嵌套反谐振无节点光纤（DNANF）结构，周围包裹精细的二氧化硅薄环，利用光子带隙效应将光有效约束在空气芯内，极大减少了与材料的相互作用。
研究人员指出，空芯光纤不仅能提升45%传输速度，还能在不牺牲带宽的前提下实现更远距离的数据传输。他们在1550纳米波长下实现了0.091dB/km的衰减水平，打破了当前最先进的石英光纤0.14dB/km的理论极限。这一数值是自1980年代以来首次取得显著进展，被研究团队称为“过去40年波导技术领域最值得关注的进展之一”。这种光纤还在66THz的宽光谱范围内实现低于0.2dB/km的损耗，远超传统石英光纤仅在狭窄通信波段才能实现的性能。其色散比传统光纤低七倍，未来有望简化收发器设计，并降低网络设备的能耗。目前，在AI、算力、大数据等领域对光纤产品性能需求不断提高的形势下，空芯光纤的性能优势有望开辟光通信新时代。产业化进程推进中值得注意的是，微软已经在实际场景中应用空芯光纤技术。
Lumenisity拥有先进的空芯光纤技术，微软于2022年收购Lumenisity后便一直致力于推动空芯光纤技术从实验室走向产业化。当时该技术的损耗仍高达2.5dB/km。目前，已有约1200公里的新型光纤投入现网运行，承载真实业务流量。2023年11月微软推出新一代空芯光纤技术；2024年11月，微软在年度旗舰大会Ignite 2024上宣布，未来24个月计划在Azure全球网络中部署1.5万公里空芯光纤，重点支撑人工智能和高性能计算场景下的低延迟、大带宽需求。
随着AI驱动数据中心互联需求的增加，光纤产业加速演进，微软之外，国内外大厂也在加速布局空芯光纤。国内方面，运营商走在前面。2025年7月29日，中国移动于广东开通我国首个反谐振空芯光纤商用线路，服务深港跨境金融业务，该线路部署后平均损耗0.085dB/km，最低达0.065dB/km，刷新全球商用纪录；2025年6月4日中国电信广东分公司、国际公司发布2025年混合光缆集中采购项目招标公告，采购产品中包含大量空芯光纤，中国银河证券表示，按最高投标限价计算，目前空芯光纤单价3.7-3.8万元/芯km，较第一标降低约1/4，普及推进速度超预期。
中国银河证券表示，空芯光纤在金融高频交易、分布式智算中心等时延敏感场景，IDC互联、海底光缆等大容量长距离传输场景，工业与医疗激光、量子通信等高功率特殊场景中应用广阔。
中信证券表示，看好随着空芯光纤的技术标准化，其规模化应用拓展至更多场景。从公司来看，国内长飞光纤具备km级交付能力；长盈通具备空芯光纤和保偏光纤的研发、生产与销售能力；亨通光电在7月推出了空芯反谐振光纤；中天科技研发出反谐振空芯光纤。
不过目前由于量产工艺升级和行业标准缺失等问题，空芯光纤产品离大规模商用还有一段路要走。据了解，在生产过程中，空芯光纤的结构很难进行理想的控制，以至于大批量、大长度的生产目前难以实现；又比如，由于实芯光纤仍是市场主流，在落地应用中空芯光纤与实芯光纤的转接也是一大问题。