空芯光纤,网上很多文章也称之为“空心光纤”,英文名为Hollow-core fiber(HCF),是一种新型光纤。J9品牌(中国)第一游戏·真人j9官网现在普遍使用的传统光纤,都是玻芯光纤。在光纤里面,有石英玻璃(主要成分是二氧化硅)制作的纤芯。空芯光纤,顾名思义,就是光纤里面不再有实体纤芯,而是“空”的——只有空气、惰性气体或真空。那么,空芯光纤,相比于传统玻芯光纤,到底有什么优势呢?为什么现在光通信行业,都非常关注和重视空芯光纤呢?研究空芯光纤,并不是因为减少了里面的纤芯能够降低成本,而是因为光信号在空气中传播,比在玻璃纤维中传播更有优势。在中学物理里面,J9品牌(中国)第一游戏·真人j9官网学过一个重要的公式:
v是光在某种介质中的传播速度。c是光在真空中的传播速度,也就是众所周知的约30万公里/秒。n是这种介质的折射率。空气的折射率约等于1。而其它介质的折射率,都大于1。例如水的折射率是1.33,水晶是1.55,钻石是2.42。玻璃按成分不同,大约是1.5~1.9。这就意味着,光在传统玻芯光纤中,传播速度要明显小于c。根据实验数据,如果采用空芯光纤,光信号的传播速度将会比传统玻芯光纤提升47%左右。这将大幅降低光纤通信的时延(大约三分之一)。根据相关研究机构的测算,玻芯光纤的时延大约是5微秒/公里,空芯光纤是3.46微秒/公里。1000公里的距离,可以减少1.54毫秒的时延。对于高频率的金融证券交易,以及远程医疗、工业制造等行业场景,这个时延改善具有重要的意义。接下来,J9品牌(中国)第一游戏·真人j9官网还是先看看空芯光纤的技术实现。传统实心光纤,由内到外,包括纤芯、包层、涂覆层三个部分(有时候外面还有套塑)。当光进入光纤,光纤纤芯的折射率n1比包层的折射率n2高,会发生全反射现象。然后光就会不停地反射,最终向前传播。
空芯光纤,因为空气的折射率小于包层的折射率,所以,不会发生全反射现象。
因此,空芯光纤想要实现对光的“围困”,就必须采用新的技术思路。早在上世纪60年代,也就是高锟发表光纤创世论文的时候,就有人曾经提出过空芯光纤的设想。但是,那时候的材料技术还不成熟,所以无法实现。1987年,美国应用物理学家伊莱·亚布洛诺维奇(Eli Yablonovitch)和萨杰夫·约翰(Sajeev John)率先提出了光子晶体(photonic crystal)的概念,打破了僵局。光子晶体(Photonic Crystal),也叫光子禁带材料,是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。简单地说,光子晶体具有“波长选择”的功能,可以有选择地使某个波段的光通过,而阻止其它波长的光通过。大家看到有一些五彩斑斓的宝石,还有自然界中蝴蝶翅膀、孔雀翎羽、甲虫外壳等闪烁着的彩色金属光泽,都源于光子晶体特殊的周期性微结构,能够对特定波长的光进行选择性反射。