光纤能够以低成本在数千公里的距离上传输拍比特(petabit)级的数据速率，这一能力构成了当今网络及全球数字经济的基石。然而，新兴应用不断增长的需求正开始挑战传统实芯光纤(SCF)的性能极限。空芯光纤(HCF)技术正处于快速演进之中，有望为解决上述难题提供有效的解决方案。
过去50年来我们所使用的实芯光纤(SCF)存在着一些特定的局限性：
- 光在玻璃介质中的传播速度比在真空、空气或气体介质中慢约33%，这导致其相比自由空间传输或无线传输具有更高的信号延迟。
- 玻璃介质具有复杂的信号吸收特性，从而限制了C波段和L波段的低损耗传输窗口。
- 实芯光纤属于非线性光学介质，容易引发受激拉曼散射(SRS)等信号损伤效应;在进行多波段传输时，此类非线性效应的影响尤为显著。
相比之下，空芯光纤(HCF)由多根玻璃管构成，光信号在其空心的中心通道中传播——该通道通常充填有惰性气体。这种独特的设计不仅有效克服了实芯光纤的固有局限性，同时还能与当今主流的相干光收发器保持良好的兼容性。
更低的延迟
你是否也对光信号沿标准光纤(SCF)传输1000公里时，相比在空气中传输所产生的额外1.6毫秒延迟感到厌烦?像高频交易员这类对延迟极度敏感的用户对此更是深恶痛绝，甚至愿意支付高昂溢价来将其降低。即使在要求不那么严苛的应用场景中，视传输距离而定，光纤路由产生的延迟也占据了端到端总延迟的90%以上。尽管空芯光纤(HCF)的制造成本较高，但来自低延迟市场的需求加速了技术创新，并推动了规模化生产，进而反过来降低了成本。
AI工作负载进一步拓展了潜在的市场空间。大规模AI数据中心正日益依赖于在同一大都会区域或园区级集群内的多个站点之间进行分布式处理。鉴于AI应用对延迟有着极低的容忍度，HCF技术允许数据中心在实现更大地理分散性的同时，依然能够维持极低的互连延迟目标。因此，面向AI互连的“跨域扩展”(scale-across)市场规模，远超高频交易这一细分领域。微软(Microsoft)和亚马逊(Amazon)等AI与云服务巨头已公开披露了其部署数万公里级HCF网络的计划。
HCF的价值远不止于低延迟
近年来，以微软(继2022年收购Lumenisity之后)和长飞公司(YOFC)为代表的HCF供应商，在OFC和ECOC等行业盛会上相继发布了令人瞩目的测试成果。其展示的光衰减数值已远低于标准光纤(SCF)0.14 dB的理论极限;据报告，在约18 THz的宽广波长范围内，其最低损耗已降至0.05 dB/km左右，平均损耗也控制在0.08 dB/km附近。值得注意的是，这些实测结果仍高于HCF技术的理论最低损耗极限，这表明该技术在性能上仍有巨大的提升空间。预计在2026年的OFC大会上，HCF技术还将迎来更多新的性能里程碑。
HCF技术所具备的超低损耗特性，使得无需光放大器的传输跨距得以大幅延长。在陆地光网络中，光放大器的典型间距通常为60至80公里;若采用拉曼放大器，则可实现超过100公里的“长跨距传输”。而在无中继的海底光缆链路中，诺基亚(Nokia)已成功演示了利用高功率放大器及远程光泵浦放大器(ROPA)实现约600公里的超长距离传输。假设空芯光纤(HCF)的损耗为 0.05 dB/km，那么利用相对常规的技术，即可实现极长的无放大传输跨距;这不仅能减少沿途放大站点的数量，还能同时降低资本支出与运营支出。
与实芯光纤(SCF)相比，HCF 能够承受显著更高的光发射功率，且不会因此产生非线性惩罚。在 HCF 中，诸如受激拉曼散射(SRS)之类的非线性效应强度约为 SCF 中的千分之一;这不仅拓展了传输距离，还提升了 128QAM 或 256QAM 等高阶调制格式的应用效能。
最后，HCF 在远比 SCF 宽广的光学带宽范围内，均能保持极低的衰减水平。在 OFC 2025 大会上所展示的 18 THz 低衰减带宽，其频谱宽度约为当前 SCF 技术中“超级 C 波段”(Super C-band)与“超级 L 波段”(Super L-band)组合带宽的 1.5 倍，从而有望大幅提升光纤的传输容量。
下一步何去何从?
若要使 HCF(空芯光纤)实现大规模的经济可行性和操作实用性，仍有大量工作尚待完成。随着产量的增加，制造成本持续下降;然而，当前的光纤安装生态系统——包括连接器、熔接机和测试设备等——仍主要针对 SCF(实芯光纤)进行了优化。
这一挑战与 20 世纪 80 年代单模光纤(SMF)初次部署时的情景颇为相似。当时，相较于已有的多模光纤(MMF)，SMF 不仅造价昂贵，安装过程也更为繁琐复杂。然而，随着应用普及度的提升，其成本迅速回落;最终，SMF 在成本和安装便捷性上均超越了 MMF。HCF 的发展轨迹极有可能复刻这一历程。
尽管宽带、长距离且无需光放大的部署方案前景广阔，但从长远来看，光放大技术终将成为不可或缺的一环。对于传统的各类光放大技术(例如掺铒光纤放大器 [EDFA] 和拉曼放大器)而言，HCF 的出现构成了新的挑战，因为上述传统技术均依赖于基于二氧化硅的增益介质。目前，针对 SCF/HCF 混合放大、包层泵浦以及宽带光纤放大器等领域的研究工作正如火如荼地开展，预计在即将举行的 OFC 大会上，相关研究进展将得到进一步的披露与展示。
OFC 大会上的热门议题
在即将召开的 OFC 2026 大会上，与 HCF 相关的论文数量之多令人瞩目：共有 35 篇论文直接聚焦于这一主题，其中包括来自诺基亚(Nokia)及其贝尔实验室(Bell Labs)的 7 篇投稿。预计这些论文将展示在传输容量、传输距离和带宽方面刷新纪录的最新成果;此外，还将呈现一系列系统级演示，涵盖实时、双向以及无中继传输链路的实际运行效果。实用化的部署解决方案将成为大会的主导议题，具体内容涵盖光纤熔接、故障诊断、与现有基础设施的兼容性，以及如何优化 HCF 与 SCF 混合组网的设计方案(其中亦包含详尽的财务成本分析)。最后，我们还将见证 HCF 在一系列新兴应用领域中的拓展与落地，例如光纤传感、太赫兹信号传输、电力与信号的同轴共传技术，以及海底光缆通信系统等。
如今，空芯光纤已然超越了“小众技术”的范畴，正式迈入了主流应用的行列。尽管“低时延”依然是推动其早期部署的核心驱动力，但 HCF 所展现出的潜力——即实现更低的时延、更高的传输容量以及更长的无中继传输距离——已为其指明了未来的发展方向;这也确立了 HCF 作为未来光网络体系中关键组成部分的战略地位。
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