前言：制备空芯反谐振光纤的科学研究取得了突破性的进展，其有望突破现有传统光纤的一些本征限制。空芯光纤将光束缚在空气芯中，在传输及其应用上具有传统光纤不可比拟的优势。因此，空芯反谐振光纤成为当前光通信领域的研究热门。
空芯反谐振光纤长距离通信
前言：制备空芯反谐振光纤的科学研究取得了突破性的进展，其有望突破现有传统光纤的一些本征限制。空芯光纤将光束缚在空气芯中，在传输及其应用上具有传统光纤不可比拟的优势。因此，空芯反谐振光纤成为当前光通信领域的研究热门。
随着全球互联网、物联网等通信需求的不断增长和飞速发展，对于通信系统的传输容量提出了更大的需求。光纤是大容量高速率光纤通信技术发展的关键传输载体，具有低成本、纯度高、损耗小、可靠性高等优点，是支撑国家信息基础通信设施更新换代的关键。传统阶跃折射率型单模光纤在其中心具有较高的折射率，包层材料具有较低的折射率，以便通过全内反射的机理传输光波电磁场，其导模的有效折射率介于芯层中心折射率和包层折射率之间。科学家们不断地对光纤进行探索，经过不懈努力发现了光纤中新的导光机理，新型的空芯光纤不再局限于传统的内反射原理，其光纤的纤芯折射率可以低于包层折射率，低折射率纤芯的光纤也可以传输光波电磁场科学家们发明并提出多种新型特种光纤，如微结构光纤，多空光纤，反谐振光纤等。这些新型的特种光纤不仅在长距离传输上有着良好的优势，并且在生物传感、气体传感等应用上有着很好的性能。
图1.光纤设计结构示意图
1999年，P.St.J.Russell在《Science》发表论文，提出了空芯单模光子带隙型光子晶体光纤（Hollow Core Single-Mode Photonic band gap photonic crystal Fiber,HC-SM-PBG-PCF）,该光纤的纤芯为中空的，充满了空气，包层为二维的空气孔周期性排列的结构，这种二维的周期性结构形成了特定的光子禁带，可以将一定频率的光限制在纤芯中进行传输。这种空芯光纤可以克服常规阶跃折射率单模光纤的基本限制，理论上可以大幅度降低损耗极限、具有较低的非线性，并且可以提高光的损伤阈值。为此，科学家们对光子晶体光纤技术进行了大量的研究，中空的光子晶体光纤在降低损耗过程中遇到了很大的困难，衰减一直处于1 dB/Km以上的水平，而且制造的长度较短，极大地影响了实际应用。为了解决空气芯光纤的损耗难题，科学家们提出了一种新的空芯光纤-空芯反谐振光纤，该光纤理论上可以突破原来光子晶体型空芯光纤的瓶颈限制，理论上光纤的损耗与传输带宽都优于当前的石英光纤。
图.2光子晶体光纤示意图
空芯反谐振光纤（HC-ARF）成为近年来的研究热点，并且取得了突破性的进展。以空气作为导光介质的空芯光纤具有较低时延、低色散、低非线性、高损伤阈值等优点，是可以代替传统实芯光纤、突破光纤非线性性容量极限的潜在传输光纤。
空芯光纤在低损耗、传输带宽与通信能力、低非线性等方面都有着传统光纤不可比拟的优势。空芯光纤在理论突破、制备技术、基础应用研究方面都已经取得了较好的进展。空芯反谐振光纤以及基于空芯反谐振光纤的光纤通信系统将会有更大的技术突破与应用前景，有潜力成为下一代低损耗超宽长距离传输的通信光纤，可望突破现有技术瓶颈。相信经过产业界与科学界的联合创新，低损耗超宽带空芯光纤技术将逐渐走向成熟并实现商业化，也将极大地有利于光纤通信系统未来扩容与升级，对于提升光纤系统的容量具有前瞻性的重要价值。
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