人工智能算力与高性能计算的爆发式增长，推动数据中心网络向规模化、高密度集群架构快速演进，机架内、机架间的短距互连对超低时延、高密度、低功耗提出前所未有的需求。传统实芯单模光纤受时延与非线性效应的固有制约，而空芯光纤从根本上突破瓶颈，多项关键性能指标必不可少：涂覆层直径与标准单模光纤兼容，便于高密度布线；模场直径与单模光纤匹配，实现低损耗互连；优异的宏弯抗性，可在狭小空间内紧凑布线；稳定的单模传输特性，保障高速传输质量。 YOFC提出一种基于间隙套管辅助支撑结构的混合反谐振空芯光纤。成功拉制出一根连续长度10.037km、涂覆层直径240 μm、模场直径小于10 μm光纤。该光纤在1262–1340 nm波段损耗低于1.4 dB/km，LP11模损耗约6000 dB/km，宏弯损耗与G.657.A2相当。
大套管采用第二层反谐振壁厚设计，降低气压敏感性，有利于长距离拉制；其余反谐振套管采用第一层壁厚方案，获得更大的制造容差，便于灵活的结构优化。
针对O波段，第一层与第二层薄膜厚度分别设定为0.4μm与1 μm；纤芯直径固定为14 μm，更好匹配O波段单模光纤的模场直径。大套管外径为22 μm，套管之间间隙约3.46 μm，可有效抑制间隙处的能量泄漏。
采用高温炉温与低张力工艺，避免240μm涂覆直径的光纤断裂。得益于混合反谐振空芯光纤结构的高稳定性，单盘拉制长度可达10.037 km，光纤在横向、纵向均具备优异均匀性。套管直径从拉丝起始端13.85 μm变化至拉丝末端13.71 μm。
采用截断法对混合反谐振空芯光纤损耗进行表征，光纤在1262–1340nm波段损耗低于1.4 dB/km，1310 nm处最低损耗1.15 dB/km。该数值是目前所有模场直径、涂覆直径与标准单模光纤兼容的O波段空芯光纤中的最低损耗。1340–1400 nm波段损耗抬升，该波段极易受到水汽吸收影响。总光纤损耗主要来自约束损耗与表面散射损耗；由于模场直径极小，微弯损耗可以忽略。
在三种弯曲直径（30、20、15mm）下表征宏弯损耗，并与G.657.A2光纤对比，结果如图3(b)。弯曲直径30、20、15 mm时，G.657.A2的宏弯损耗分别为0.0013、0.0026、0.03 dB/圈。
采用截断法测量LP11模损耗约6000dB/km，该光纤具备极强的高阶模滤波能力。
MicrosoftAzure提出一种混合窗口空芯光纤方案，通过精准调控反谐振薄膜厚度，在损耗相比该结构理论最低值仅有小幅上升的前提下，实现零色散。阐释支撑该现象的理论机理，展示两款在C波段实现近零色散、损耗维持在0.20–0.23 dB/km的光纤。通过15 km光纤传输实验验证，相比标准单模光纤和常规低损耗空芯光纤，强度调制直接检测性能得到提升。
图1对比三款双嵌套反谐振无节点光纤的仿真结果，光纤包层一致、包含五根嵌套管，纤芯直径26μm，管间间隙3.5 μmm,区别仅为管壁厚度，分别工作在第一窗口、第二窗口与混合窗口。通过增加管壁厚度将零色散波长偏移至1550 nm。
第一窗口双嵌套反谐振无节点光纤，管壁厚度约450nm，C波段内零色散波长与最低损耗波长相距较远（约400 nm）。若要将零色散波长移至1550 nm，三根薄膜都需要按比例放大33%，整个损耗曲线红移，最终1550 nm总损耗从0.10 dB/km上升至0.39 dB/km。 第二窗口双嵌套反谐振无节点光纤中，反谐振窗口变窄，零色散波长向低损耗波长靠近。将薄膜厚度从1180 nm增厚至平均1293 nm，零色散波长移至1550 nm附近（图1e）。但该位置靠近高损耗带边，损耗代价严重，1550 nm损耗从0.16 dB/km升高至0.34 dB/km，增量主要来自约束损耗，占总损耗的71%（图1h）。
混合双嵌套反谐振无节点光纤中，外管工作在第二窗口，嵌套管维持在第一窗口。该低损耗设计中外壁与嵌套管壁厚度分别约为1180nm、400 nm。仅将外壁厚度小幅增加约10%，即可实现零色散。零色散波长从1411 nm移到1550 nm，而1550 nm损耗仅从0.13 dB/km上升至0.16 dB/km，损耗增幅远小于另外两种方案（图1f）。
图1i解释该机理：嵌套谐振环与外层谐振环在不同波长下满足反谐振条件，混合结构形成宽而平缓的约束损耗谷底。将零色散波长偏移到目标位置，损耗上升幅度很小。
为实现色散从正常区向反常区连续调谐，以可控步长将外管壁厚度增加至1180–1320nm。图2a为7根光纤的C波段色散测试结果，测试在400G ZR可插拔模块搭建的光网络测试仪上完成。1550 nm处，色散D从HF-ref的+5.1 ps/(nm·km)单调下降至HF-6的−2.2 ps/(nm·km),色散斜率从0.02 ps/(nm²·km)上升至0.11 ps/(nm²·km)。
管壁增厚会让全部损耗曲线红移（图2b），但损耗增幅温和，1550nm损耗从0.11 dB/km升至0.23 dB/km。HF-5在零色散波长下损耗0.23 dB/km；HF-4损耗0.196 dB/km；HF-2在C波段全程反常色散，损耗仅0.11 dB/km；HF-6全程正常色散。
实测色散和仿真吻合良好，零色散对应的管壁厚度约1293nm。
开展IM-DD传输实验，对比HF-5、常规空芯光纤（纤芯尺寸相近）以及SMF-28光纤，传输距离均为15 km。 信号为112 Gbps PAM4，所有链路均采用70前馈抽头、15反馈抽头的判决反馈均衡器。在1528.77 nm、1550.12 nm、1566.51 nm测量误码率，图3为1550.12 nm下的误码曲线与眼图。尽管传输距离仅15 km，单模光纤由于信号带宽内出现严重频率陷波，信号无法恢复。常规空芯光纤性能优于单模光纤，HF-5近零色散特性进一步将误码率降低约一个数量级。
COPL以神经网络数字孪生替代传统、计算开销巨大的有限元仿真，在NANF的高维设计空间内开展寻优。该神经网络基于四孔NANF结构数据训练（几何结构见图1），能够高保真预测约束损耗，可以外推到远低于训练集的损耗区间。 神经网络底层模型采用两级架构：分类器筛选高阶模抑制≥50dB的单模工作结构；回归器预测约束损耗的对数值，适配大动态范围。该策略使神经网络成功找到优化结构，经验证约束损耗低至0.25 dB/km，尽管训练样本的约束损耗均高于1 dB/km，方法流程见图2。
将四孔NANF设计分为三类，全部在1400nm下通过有限元仿真验证： 第一组为神经网络训练所用原始数据集，仅保留6927组约束损耗≤100 dB/km的样本； 第二组为234组初始仿真样本，约束损耗0.276–1 dB/km，用于神经网络训练； 第三组通过大规模搜索得到362组高性能方案，神经网络识别出其约束损耗处于0.250–0.334 dB/km区间。
图3前两行展示全部4NANF参数的边缘分布直方图。高性能设计的参数分布和基础设计规则带来的分布存在明显差异。
图3后三行凸显神经网络技术在揭示该规律上的价值。在初始有限元仿真中，仅找到4个CL<0.335dB/km方案；而神经网络找到362组（受限于有限元验证时长），支持对高性能设计的分布开展充分统计分析。
三组数据集的数值对比，体现神经网络定位特定高性能区间的高效性。图4a训练集覆盖广阔参数空间，约束损耗分布宽泛；图4c预留高性能样本颜色均匀（全部CL<1dB/km），但分布依旧分散；与之对比，图4b神经网络优化方案呈现明显的“收束聚集”效应。
神经网络提供所需的计算效率，对生成的多样数据集开展统计分析。依托神经网络结果丰富的统计信息，识别出低损耗区间对应的几何特征，构建轮廓质心优值，量化设计距离高性能区间的远近。
Universityof Southampton综述近期研究，挖掘空芯光纤在通信系统中的潜力，实现实芯单模光纤很难达成的系统方案。讨论两类应用：简化架构的IM-DD传输，以及光功率与数据同传。》高速强度调制直接检测传输前景
空芯光纤的低时延、高线性特性，结合嵌套反谐振结构带来的低损耗与大带宽，使其非常适合光传输场景。
除了天然高线性度，光在空气中传输还可以实现高功率光束的安全耦合，损伤阈值大幅提升。同时嵌套反谐振空芯光纤损耗低，光功率信号可以长距离传输且衰减很小，相比实芯光纤系统提升整体能效，还可以独立设计工作波长，不受实芯光纤材料吸收窗口的限制。
实验将高功率光和高速波分复用数据信号在3km光纤中同步传输。在标准单模光纤中，功率信号会严重劣化数据通道；与之对比，空芯光纤中，数据信号性能没有出现可观测的劣化。
这类特性不仅可以提升相干系统的容限、简化实现，在IM-DD系统中意义更为重大——色散导致的功率衰落会直接、严重限制可用信号带宽。5 km传输距离下，标准单模光纤在1550 nm处带宽大约仅20 GHz；空芯光纤对应带宽可以达到其三倍以上。
》光功率与数据同传
利用单根空芯光纤内的多个传输窗口。同一根空芯光纤具备两个导光窗口，可同时耦合传输800nm功率光信号与1550 nm数据信号。短波长激光器功率转换器成熟度更高、效率更好，在800 nm窗口传输光功率，同时在1550 nm窗口独立传输数据信号。
已有文献报道7芯多模多芯光纤，纤芯节距分别为39μm和42 μm。但想要进一步提升纤芯密度，需要纤芯数量更多的多芯光纤。Corning 提出一款19芯多模多芯光纤，既可作为单根光纤使用，也可以将多根该光纤成束，进一步提升传输容量。单纤芯折射率剖面设计，为锗掺杂a型折射率分布，包层为氟掺杂低折射率材料。
采用堆拉工艺制备光纤，流程如图所示。首先通过外部气相沉积工艺制备多模纤芯预制棒；纤芯掺锗，形成1%相对折射率差的渐变折射率剖面；包层掺氟，相对折射率差约-0.4%，芯包直径比0.8。将预制棒二次拉丝，得到直径5mm的纤芯细棒。使用对准工装组装19根细棒，形成六边形密排预制件，最后在拉丝塔上拉制成光纤。
纤芯平均直径21.3μm，每个纤芯单元的包层平均直径26.6 μm，光纤总外径约133.2 μm。采集19芯光纤的共焦扫描图像并分析。实测纤芯位置误差小于0.66μm，平均位置误差约0.36 μm。84%纤芯的位置误差小于0.5 μm，满足VCSEL与微型LED耦合需求。
850nm处衰减为4.1 dB/km，适合VCSEL短距传输。工作在更短波长（400~500 nm）的uLED，预期衰减会更高,基于瑞利散射估算，470 nm处衰减约43.8 dB/km，对于10 m以内的链路，该衰减水平仍可满足使用。
分别在470nm与850 nm波长下对比各纤芯输出光功率。470 nm时光强分布均匀，最大偏差0.0266 dB/m，标准差0.0068 dB/m；850 nm光强差异更大，最大偏差0.0394 dB/m，标准差0.015 dB/m。说明并行传输时纤芯之间差分衰减很小。
单个纤芯的串扰定义为其向所有最近邻纤芯耦合的平均功率。结果如图6所示。470 nm下串扰平均值为-62.9 dB/m；850 nm平均串扰为-61.15 dB/m。中心与外围纤芯串扰差异，原因是外围纤芯高阶模损耗更高。
参考文献
【1】Ultra-highMode Purity and SMF-matched O‑Band Hybrid Antiresonant Hollow Core Fiber for Intra Data Center Connection Zihan Dong, Peng Li* , Jun Chu, Lu Dai, Hongmin Li, Yifei Xu, Guoqun Chen, Anqing Jia, Lei Zhang, Jie Luo State Key Laboratory of Optical Fiber and Cable Manufacture Technology, Yangtze Optical Fiber and Cable Joint Stock Limited Company (YOFC),ECOC26-973
【2】MachineLearning in Hollow Core Fiber Design Rania A. Eltaieb(1), Sophie LaRochelle(1), Leslie A. Rusch(1) (1) ECE Department, COPL, Université Laval, ECOC26-769
【3】FirstDemonstration of a Zero Dispersion Hollow-Core Fibre with Telecoms-Grade Loss (0.2 dB/km) in the C-Band Seyed Mohammad Abokhamis Mousavi(1), Ghafour Amouzad Mahdiraji(1), Yang Hong(1) , Dong Wu(1) , Morteza Kamalian-Kopae (1) , Thejus Varghese(1), Muhammad Rosdi B. Abu Hassan(1), Zahra Kakaei(2) , Naveen Krishna Baddela(2), Abubakar Isa Adamu(1), Ziwei Zhai(1), Kunhao Ji(1), Krystian Wisniowski(1) , Yong Chen(1) , Ben Puttnam(1), and Francesco Poletti(1,2*) (1) Microsoft Azure Fiber,ECOC26-1576
【4】NewOpportunities in Optical Networks Enabled by Hollow-Core Fibres Periklis Petropoulos(1), Suttikarn Wantee(1), Douglas McCulloch(1), Hao Liu(1), Armands Ostrovskis(2, 3) , Darja Cirjulina(2), Gregory T. Jasion(1), Hesham Sakr(1, 4), Xiaodan Pang(2), Oskars Ozolins(2) , Francesco Poletti(1), Kyle R.H. Bottrill(1), Yongmin Jung(1) (1) Optoelectronics Research Centre, University of Southampton, ECOC26-1400
【5】MultimodeMulticore Fiber with 19 Cores for Short Reach Data Center Interconnects Joseph E. McCarthy, Seth Griffin, Licheng Xiao, Jie Liu, Aramais R. Zakharian, Qi Wu, Ming-Jun Li* Corning Incorporated，ECOC26-845
