与实芯光纤相比，空芯光纤具有低时延、非线性噪声低、低衰减系数等优点。光纤的时延指一定长度光纤中光信号传播需要的时间，即：时延 = 距离/速度，据此可分别计算光信号在空气和实芯光纤中的每公里时延，如图1所示。一些情况下，每公里光纤中的时延也简称光纤的时延。
光的传播速度在空芯光纤中与空气中几乎相同，所以，空芯光纤的时延约等于光在空气中的时延。空芯光纤的时延要比实芯光纤低31.8%，这对降低长途通信的时延影响还是有很大帮助的，比如，北京—广州的光缆线路长度约2250km，采用实芯光纤的线路时延约为11.0ms，采用空芯光纤则可降到7.5ms。 在算网中，低时延还可以表现为算力的提升。从时延的角度看，GPU的处理能力可表现为时延的大小。在算网中，服务器-接入交换机-核心交换机间通常通过光纤连接，如图2所示。据相关研究，若算网中全部采用空芯光纤，网络时延降低的效果相当于算力提升10%以上。1）高入纤功率。空芯光纤的非线性噪声要比实芯光纤低3～4个数量级，在高光功率下的损伤阈值也要比实芯光纤高3到4个数量级（实芯光纤为千瓦到兆瓦级别，空芯光纤为吉瓦级别），这使得空芯光纤的入纤光功率可以大幅提高。2022年中国移动联合北京大学、暨南大学，实现了在200m反谐振空芯光纤上单波5W量级入纤功率的超高速实时传输试验。5W相当于37dBm，这要比当前实芯光通信系统的最大入纤功率（通常不超过20dBm）高17dB以上。2）低衰减。理论上，空芯光纤的衰减系数要比实芯光纤低一个数量级。微软在OFC 2024会议上宣布在实验室制备出衰减小于0.11dB/km的空心光纤，光纤的衰减特性如图3所示。国内厂商空芯光纤的衰减也基本达到相近的水平。 高入纤功率和低衰减系数，可在相同通信容量下数倍提升长途通信的光放段长度，减少光放站的数量，使得空芯光纤特别适合在跨洋通信和洲际通信中使用。高入纤功率和低衰减系数还可提升系统的信噪比SNR，从而提升系统的容量。例如，在光放段长度不变、光纤的非线性效应可以忽略时，若入纤功率增加17dB、光放段线路衰减降低8dB（光放段长80km，光纤衰减系数降低0.1dB/km），则系统的SNR可增加25dB，根据香农极限可计算出信道的容量最多可增加约4.96倍（计算过程见附录）。理论上，空芯光纤的最大入纤光功率远不止5W，空芯光纤的衰减也要比实芯光纤低0.1dB/km以上。所以，空芯光纤的高入纤功率、低衰减特性，可以使容量较实芯光纤提升5倍以上。空芯光纤的低衰减带宽与微结构的设计有关，理想情况下的带宽能力可超过1000nm（约106.67THz）。而G.652.D光纤的低衰减带宽只有约165nm（20.93THz），G.654.E光纤更低。空芯光纤的低衰减带宽是实芯光纤的5倍以上，如图4所示。 空芯光纤的背向瑞利散射强度相比于实芯光纤低1000倍以上，适合单芯双向传输。空芯光纤的色散系数要比实芯光纤低，在1550nm波长处，G.652.D光纤的色散系数约为16.7ps/(nm·km)，空芯光纤的色散系数约为2.5ps/(nm·km)，如图5所示。![]()
相干光通信系统中，光模块中的数字信号处理器（DSP）能够有效地进行色散补偿，光纤的色散并不会对相干光通信系统造成太大影响。而在非相干系统中，如数据中心间的互联、无线网在核心层和汇聚层的传输等，光纤的色散会制约传输距离和传输速率，较低的色散系数可满足长距离、高速率的传输需求。 相对于当前通信系统中常用的G.652.D和G.654.E等实芯光纤，空芯光纤的优点主要体现在：1）低时延。可降低网络时延31.8%，可提升算力中心算力约10%。3）长距离。可在相同的通信容量下数倍提升长途通信的光放段长度。现有的80×400G系统通常采用QPSK调制，可通过QPSK调制时的频谱效率计算出S/R，计算过程如下（通过通义千问计算）。当系统的信噪比提升25 dB后，根据香农极限，可计算出系统容量提升的倍数。 [1] 长飞. 下一代通信光纤：空芯反谐振光纤. 2024(04)[2] 烽火. 空芯反谐振光纤简介. 2024(07)[3] 光通信女人. Y10T283 领纤：空芯光纤进展[4] 张博等. 微结构空芯光纤特性及光纤测试和工程应用[J]. 光通信研究,2023(2)
