光纤通信作为现代互联网基础设施的核心,近年来取得了令人瞩目的进展。但随着人工智能、云计算及大数据技术的快速发展,传统光纤传输面临着前所未有的带宽和速度瓶颈。为了满足未来海量数据中心跨地域连接的高性能需求,微软合作英国南安普敦大学研究团队,开发出新一代中空光纤光缆,标志着数据传输技术迎来了重要变革。 微软所研发的这种名为双嵌套反谐振无结中空光纤(DNANF,Double Nested Antiresonant Nodeless Hollow-Core Fiber)的技术,通过将传统光纤中的玻璃核心替换为空气核心,实现了光信号在空气中传播,从而大幅提升光速并降低传输中的信号损失。相比传统单模光纤,中空光纤光速提高了约45%,传输距离延长到33公里,是标准光纤的1.5到2倍。同时,多层嵌套的玻璃环结构能够更有效地反射光波长,减少信号衰减,带宽提升达到3倍,显著优化了数据中心间的通信效率。
传统光纤中,光信号主要在玻璃材料中传播,尽管玻璃拥有极低的光损耗,但仍无法避免光与玻璃界面以及材料内部杂质的相互作用,导致信号衰减和延迟。相较之下,中空光纤通过将光束引导在几乎全部为空气的核心中,使得光子几乎不与实物介质接触,极大降低了信号的失真和功率损耗。南安普敦大学的首席科学家弗朗切斯科·波莱蒂表示,这种设计使得超过99.995%的光通过空气传播,不仅减少了信号扭曲,还降低了数据中心的能耗。 DNANF技术的核心在于其复杂的玻璃环嵌套结构。最初的单层抗反射玻璃管为光信号提供了基础的反射屏障,随后逐步引入第二层甚至更小的多层嵌套结构,形成所谓的双嵌套系统。多层反射结构配合反谐振原理,通过将特定波长的光有效反射回空气核心,实现对光信号的精准约束和传导。
其独特的无结设计也避免了传统光纤中存在的不规则结构引起的光散射和能量损失,进而保证了信号的高质量传播。 面对日益增长的AI运算需求,微软已在欧洲Azure数据中心成功部署了较早一代的DNANF光纤,通过两条地理位置分隔的20公里光缆线路,利用混合光缆同时包含32根中空光纤和48根传统单模光纤,实现数据中心间高速、低损耗通信。微软透露,目前全球已有超过1280公里的中空光纤被实际使用并承载真实交通流量,验证了该技术的实用性与商业推广潜力。 然而,中空光纤的推广并非一帆风顺。由于制造工艺复杂,长距离、大批量生产中空光纤仍面临较大挑战。目前的纤维拉制过程多依赖手工操作,自动化水平和工业规模化尚待提升。
另外,现有的光纤网络生态系统主要围绕传统光纤设计,涵盖连接器、接头及信号放大设备等配套设施。要实现中空光纤的大规模部署,业内需共同推动相关配套技术的研发与标准化,以确保系统稳定性和兼容性。 全球范围内,诸多企业紧随微软步伐,积极布局中空光纤市场。中国的长江光纤光缆以及林芯科技等厂商均宣称其中空光纤产品性能与前沿技术相当。林芯科技更是在今年三月的光纤通信大会上公布了47.5公里连续拉制中空光纤,损耗达到每公里0.1分贝的优异成绩。这表明,中空光纤技术正迅速从实验室走向工业应用,呈现激烈的国际竞争趋势。
除了传输速度与信号质量的提升,中空光纤还带来了能源效率与环境友好双重优势。波莱蒂指出,中空光纤因其更低的信号衰减,数据传输所需的中继放大器数量减少,随之降低了数据中心巨大的用电消耗。随着全球AI计算中心电力需求激增,采用更节能的传输技术有助于缓解数据中心的碳足迹,契合当前绿色低碳发展的社会趋势。 行业专家认为,中空光纤将成为未来数据基础设施的重要组成部分。其在超长距离、高速率传输中的独特优势使其尤其适用于大规模云计算、5G骨干网及下一代互联网架构,有望推动全球通信速度和容量的跃升。同时,技术的成熟推广将驱动上下游产业链协同创新,进而催生更多与光电技术、集成电路和智能网络运维相关的新商业模式及就业机会。
微软作为技术巨头对中空光纤技术的大力投入也体现了其在AI驱动时代保持竞争优势的战略眼光。随着数字经济的深入发展,数据中心的网络架构将不断演进,只有不断突破传输极限,才能支撑海量数据的快速流转和智能计算。微软与科研机构之间的跨界合作,正是这种创新生态的典范,它不仅推动了科学技术的前沿发展,也为全球互联网用户带来更快捷、更稳定的连接体验。 未来,随着生产工艺的进步及产业链完善,中空光纤有望大规模替代部分传统光纤线路,成为智慧城市、自动驾驶、远程医疗等高带宽应用的核心通信技术。科研人员也在探索更高阶的多嵌套结构和更低损耗材料,以进一步提升光纤性能。微软的最新进展只是中空光纤技术舞台的一个开端,真正的创新革命尚在路上。
总的来说,中空光纤的诞生和发展,代表了光通信领域一场范式的转变。它不仅带来了显著的性能提升,更预示着数据传输的未来将更加快速、高效与绿色。面对数据洪流的时代挑战,微软携手全球科研力量持续推进中空光纤技术,将为全球数字经济的高速发展注入持久动力。 。
