Шупље - језгра влакна (ХЦФ) замењује стаклено језгро традиционалног појединаца - влакна (СМФ) са ваздухом - пуњеним центром. У суштини, ХЦФ је изграђен као микроструктурирано стакло "Схелл" око централног ваздушног канала. Светлост се не води не у потпуном унутрашњем одразом у чаши, већ је топлином фотонским опсегом или антиресонантним ефектом у облози. Слика 1 приказује заједнички антирезонантни дизајн "ротатора": Централно ваздушно језгро окружено прстеном танког кварцног цеви. То омогућава преко 99% начина светлости да остане у ваздуху, значајно смањујући интеракцију са стаклом. Супротно томе, СМФ се састоји од чврстог германијум - допед силика језгра (приближно 9 μм пречника) у ниском - рефанктивно - индексираним стакленим облогама. Пошто ХЦФ језгро има много нижи индекс рефракције (н≈1) од облоге, потребна је специјализована структура облога да би ограничила светлост.
Слика 1: Шупље - језграни дизајн влакана. (а) Шема цевастих антиресонантних шупљих - језграних влакана (ХЦФ): светлост је ограничена у централном ваздушном језгру окруженом угнијежђеним стакленим капиларима. (б) Традиционални појединачни - влакна влакна користи чврсту стаклену језгру. Геометрија ХЦФ језгра и облоге (нпр. Стаклена саћама) узрокује да се светло размисли на ваздушни канал кроз ефекат фотонионског опсега или антиресонантним ефектом.
Пригушење (губитак)
Традиционални појединачни - мод влакна (СМФ) има врло низак губитак у Ц - бенду (отприлике 0,2 дБ / км). На пример, Цорнинг СМФ - 28 Улл влакна има губитак мање од 0,16 дБ / км на 1550 нм. Реално - Свет, висок - квалитетан СМФ има опсег губитака од 0,16-0,2 дБ / км на 1550 нм. У поређењу, рани ХЦФ прототипови изложени су губици у распону од 1-10 дБ / КМ. Захваљујући технолошком напретку (Гнездели антирезонантни дизајн, "ротирани" ХЦФС, итд.), ХЦФ ГУБИТАК су значајно смањени: од око 1,3 дБ / КМ у 2018. до приближно 0,65 дБ / КМ, а затим на око 0,28 дБ / КМ 2020. године. Модерне дизајне су се приближавали СМФ-ови у средњим демонстрацијама Прототипови су постигли приближно 0,11 дБ / км. У кратким досегнутим податковним центрима Линкови (десетине километара), чак 0,2-0,3 дБ / КМ је прихватљиво, па је ХЦФ у близини практичног паритета губитка.
Мерине пригушења:СМФ (1550 нм) ≈0.16-02 дБ / км; ХЦФ (тренутно) ≲0.2.3 ДБ / км (циљ ~ 0,1 дБ / км).
Практична импликација је да директне ХЦФ везе могу да простирају удаљености сличне онима са једним фибером - режимом (СМФ) без потребе за појачалама репетитора. Будући да ХЦФ избегава стаклено језгро, његови преостали губици првенствено долазе од цурења и расипања површине. Значајно је расипање Раилеигх занемарљиво у ваздуху, омогућавајући даље смањење губитака кроз побољшане анти- резонантне структуре. Резултат је то да је - дизајниран ХЦФ може супарити конвенционално оптичко влакно у пригушћавању, бар прекратко на средње удаљености.
Кашњење (кашњење ширења)
Будући да ХЦФ води светло у ваздуху, његов ефективни рефракциони индекс је близу 1 (у поређењу са приближно 1,47 у стаклу). То значи да се лампица знатно шири брже у ХЦФ-у. У практичним апликацијама, ХЦФ може смањити кашњење ширења за приближно 30% на 50%. На пример, групно одлагање снимака - влакна (СМФ) је приближно 2.0 μс / км, док објављени ХЦФ дизајн имају групно одлагање од око 1,54 μС / КМ. Другим речима, латенција ХЦФ везе смањује се за око 31% по километру. Слике 2А - Б илуструју овај ефекат убрзања. (НАПОМЕНА: Неки извори побољшања брзине пријављују чак и око 47%, у зависности од разлике одређене индексе рефракцијског индекса.)
Слика 2:Предности брзине шупље - језгра влакна. У шупљини - језгро ХЦФ (десно), светлосуси се шири отприлике 50% брже него у стаклу - Цоре СМФ (лево). Ово смањује одлагање групних кашњења (латенција) по јединици дужине за отприлике 30% на 50%. Фигура показује да је ХЦФ веза пренијети исте податке у приближно два трећина - трећине вријеме СМФ везе. У стварном - светској апликацијама, 10 км ХЦФ веза има кашњење ширења од око 15 μС (5 НС / М), док СМФ веза има кашњење ширења од око 20 μС, што је резултирало крајњим увредама о крађема-. ОФС мерења Потврдите да ХЦФ има кашњење од око 1,54 μС / КМ, док СМФ има кашњење од око 2,24 μС / КМ (смањење од око 31%). Ово смањење кашњења је пресудно за АИ / ХПЦ размјену података и високих трговина фреквенцијама. У ствари, тестови индустрије доследно извештавају о побољшању кашњења од око 30%. (У недавном суђењу Мадриду, 1.386 КМ ХЦФ веза је смањила колу - кашњења путовања према 4.287 μС у поређењу са СМФ-ом.) Резиме:
Бенцхмарк латентности: СМФ ≈2.0 μс / км; ХЦФ ≈1,5-1,6 μс / км, представљање смањење кашњења од око 30-35%.
Ова предност "брзина светлости" омогућава да се податковни центри дистрибуирају на веће удаљености у оквиру датог буџета за латентност. Слично томе, у једном дата центру података или кампусу, ХЦФ везе могу значајно да смање латенција хопа, помажући да се сусретнем суб-ови претвори - до - крајњих потреба за крајњим кашњењем.
Дисперзијски и нелинеарни ефекти
ХЦФС наслеђује изузетно ниску дисперзију. Пошто већина светлости налази у ваздуху, дисперзији материјала (таласна дужина - зависна варијација индекса рефрактивног стакла) је занемарљива. Пажљиво дизајниран Анти - резонантни ХЦФ излаже се у близини - нулте дисперзије у свом ниском - губитку. Ово ефикасно минимизира ширење импулса, побољшање пропусности - даљинског производа. Слично томе, дисперзија режим поларизације (ПМД) у ХЦФС-у је минимална, а ефекти фактора животне средине (температура и стрес) су минимални. Поређењем, СМФС показивачи се дисперзија отприлике 17 ПС / (НМ · КМ) на 1550 нМ (са већом варијацијом преко Ц / Л-а), а ПМД у високим оптичким влакнима - је приближно 0,05-0,2 ПС / √КМ.
У ХЦФС-у, нелинеарни ефекти (као што су Керр нелинеарност, СПМ / КСПМ и четири: - таласна мешавина) је неколико наредби слабијих. Са преко 99,99% модова у ваздуху, ефективни нелинеарни коефицијент је приближно 100 до 1000 пута мањи од еквивалентног нелинеарног коефицијента у силицијума. То значи да ХЦФ може да подржи веће оптичке овласти пре него што се нелинеарно изобличило, потенцијално побољшавају спектралну ефикасност по каналу или поједностављеним форматама модулације. Као што неки заговорници истичу, такође може побољшати сигурност (олакшавајући прислушкивање или убризгавање влакана кроз влакна).
Све у свему, ХЦФ значајно смањује ограничења пропусности и нелинеарне ограничења повезане са дисперзијом. Центри за дата могу користити шире таласне дужине (изван стандардног Ц - бенда) да би се постигли високи - линкови капацитета без потребе за дисперзијом надокнаде. Многи ХЦФ дизајн имају широк "први прозор Антиресонанце" који покрива много од 1,5 до 1,6 μм опсега са равним губитком, док се други прозор може проширити у Л - бенд, па чак и видљиви бенд са нижим губитком. Све у свему, потенцијал ширине ХЦФ-а је барем упоредив са и потенцијално чак и већу од СМФ-а, посебно када разматрају вишеструко радно и високе преносе овлашћења.
Опсег опсега и капацитет
ХЦФ-ова велика брзина и мала нелинеарност дају јој изузетну способност. Метафорички, ХЦФ је попут брже оптичке влакне са ширим тракама: то може носити више "аутомобила" (бита) у бржи. Слика 3 (десно) илуструје ово: ХЦФ "Супер камион" може да носи више података на већој брзини од СМФ "аутомобила". У пракси је ХЦФ показао изузетно високе укупне стопе података у лабораторијским експериментима. На пример, експерименти су постигли стопе канала од 800 ГБ / с и 1,2 ТБ / с користећи антиресонантни ХЦФ користећи кохерентну вишеструку поделу таласне дужине мултиплексирања (ВДМ). У Реал - свјетским мрежама, ХЦФ је подржао 6 к 100 ГБ / с канала и слично мулти - таласне дужине на једном влакну.
Слика 3:Аналогност пропусности података. ХЦФМоже се упоредити на бржи, висок камион - капацитет ", док је СМФ сличан" аутомобилу ". Ово одражава комбинацију ХЦФ-ове ширине опсега (више таласних дужина / модова, нижег изобличења) и веће брзине ширења. За разлику од СМФ-а (лево), ХЦФ избегава стаклене нелинеарности и може да користи шири спектрални прозор, омогућавајући брзине података који прелазе терабите / секунде на једном влакну.
Кључне тачке на капацитет ХЦФ-а:
● Распон таласних дужина:ХЦФ није ограничен помоћу апсорпције силикагела "водени врхови" и УВ апсорпције СМФ-а. Нови ХЦФ дизајн добро раде од ~ 1200 нм до ~ 1700 нм, па чак и у видљиве за специјализоване типове.
● ВДМ канали:Рани тестови приказују ХЦФ који носи десетине ВДМ канала (Ц + Л бенд) са минималним нелинеарним цроссталк.
● Формати модулације:Пошто је нелинеарност ниска, ХЦФ може лакше да носи високог модулације - наруџбе (нпр . 64 КАМ) на високој снази по каналу.
● Бит - Оцени:Уз кохерентно откривање, ХЦФ би требао да подржи исто по - канални бит - стопе као СМФ (100 ГБ / С + по таласној дужини); Рано суђење на 100-600 ГБ / с таласне дужине су успели.
Укратко, ХЦФ нудибаремИсти потенцијални опсег опсега као СМФ и, у више- каналама, често може да га прелази кроз већу лансирну снагу и доњег ракта. Једино упозорење је да многи ХЦФ типови имају коначни низак прозор -, тако да пуна влакна Ц + Л + У употреба опсега могу захтевати више врста влакана или оптимизована дисперзија - инжењериране дизајне.
Израда и практични изазови
Иако је ХЦФ-ова физика обећавајућа, остаје неколико инжењерских изазова:
● Сложени предформације:ХЦФ преформи (стаклене структуре шифра) се замршене. Захтевају слагање више танка капиларних цеви, које захтевају високу - прецизну израду и контролу цртања. Као резултат тога, тренутни ХЦФ је направљен у ограниченој јачини. Скалирање производње на десетине хиљада КМ веза ДЦ влакана ће имати више развоја и нових производних линија.
● Спајање и конектори:ХЦФ се не може директно парити са стандардним конекторима влакана. Дакле, термини користе кратке конвенционалне СМФ пигтаилс. У пракси, индустрија користи спајање фузије ХЦФ-а у СМФ власнике у конекторима ЛЦ / СЦ. Пријављени губици спајања крећу се од ~ 0,5 дБ (оптимизовано) до ~ 2,5 дБ. Било који конектор / пигтаил додаје ~ 0.5 дБ. Ови додатни губици (по вези) су значајни у поређењу са буџетом за пријем у ДЦ-у. Ниско - ГУБИТАК ХЦФ спојеви и нови ниски - решења за конектор су активни и Р & Д подручја.
● Осетљивост на савијање и паковање:ХЦФ (посебно велики - језгра дизајни) је осетљивији на савијање и мицро- савијање од СМФ-а. Савија се уводи губитак и може претворити начине. Да бисте то ублажили, ХЦФ каблови користе се лабаво - цев или грађевину са великим радијума за савијање. Посебна пажња је потребна да се спречи напрезање током инсталације. У лабораторијским тестовима ХЦФ на крутим ролу показало је прихватљиво понашање, али стварно каблови (са минималним поремећајем) се заправо може повећати више - режим наруџбе. Ниједан мешање у режиму наруџбе, осим ако је дизајниран помоћу филтера на режиму. ОФС и други су додали "Схунт" структуре да намерно стримују вишу модус - наруџбе и сузбијају модалну дисперзију.
● Спољ и губитак влакана:Рекордни ниски губици («0,2 дб / км) мерени су на "голим" ХЦФ праменама. Каблирање, спајање и фактори заштите животне средине (контаминација, влажност) обично повећавају губитак. На пример, известио је да је кабловит њиховом ХЦФ додато ~ 0.1-0.7 ГУБИТАК ДБ / КМ у Ц - бенду. Тако је стварно - Свет распоређен губитак могао бити ~ 0,3-0,5 дБ / КМ док се обради зрели.
● Цена и доступност:ХЦФ тренутно носи премију цени, како је приметио стручњаци за индустрију. Рано распоређивање (нпр. БТ / луменаност за Лондонску берзу) су ниша која се користи - случајеви у којима је трошак оправдан. Да бисте постали главни ток у ДЦ-у међусобно повезивање, количина производње морају да опадају и материјални трошкови падају. Неколико нових подухвата (мреже релативности, луменистичност, силенфибер итд.) Израђују производњу ХЦФ-а са ВЦ финансирањем и аквизицијама.
Укратко,Практичне ХЦФ везеДанас може захтијевати пажљиво руковање: конектори за спајање фузије, велике петље и специјализоване каблове. Индустрија активно развија стандарде и најбоље праксе. На пример, ОФС АЦЦУЦОРЕ ™ каблови сада се нуде за ХЦФ са стандардним факторима обрасца. Међутим, свака ХЦФ веза и даље има отприлике 0,5-3 дБ додатног губитка за каблове / спојеве, ограничавајући досег и потребан буџетирање електричне енергије.
Суђења и прототипови у поставкама података података
ХЦФ се већ креће из лабораторије у стварне мреже. Недавне теренске суђења и пилот распоређивање показују обећавајуће резултате:
● ДЦ - до - ДЦ везе:У фебруару 2024. године, шпански оператер Литиа је удружио Нокиа, офСС|Фурукава и дигиталном некретнином како би се уклопило шупље - језгра кабла између Поп и Мадридског дата центра. Преко 1386 КМ ХЦФ везе, постигли су колу - Смањење кашњења путовања287 µs (>30%) у поређењу са СМФ-ом, док се носи 600 ГБ / с на једној таласној дужини. Овај прави - свјетски тест користио је кохерентне транспондере на 100 ГБ / с по Λ. Суђење је потврђено да се ХЦФ може укинути у постојећу инфраструктуру (ОФС АЦЦУЦОРЕ® кабл) са стандардном кохерентном зупчаном опремом, отварајући врата за ДЦ интерконективе.
● Кратко - Досећи везе:ОФС Лабораторија је показала 3,1 км ХЦФ линк који носи 10 ГБ / С ДВДМ саобраћаја (10 таласних дужина) за трговинске мреже. Ово је био први ХЦФ пренос ХЦФ-а, показује бит - БЕСПЛАТНИ 10 ГБ / С преко влакана + кабла са 31% смањењем кашњења. Слично томе, Нокиа / Белл Лабс је тестирао ХЦФ на агрегату 800-1200 ГБ / с (8 × 100 ГБ / с) у лабораторијским подешавањима.
● Финансијске и трговинске мреже:ХЦФ-ове латенцијске уштеде привукла су високу - фреквенцијски трговина (ХФТ) користећи - случајеве. У 2021. години луменистичност (сада део Нокиа) и ЕУУНЕТВОРКС-а распоредила је Холлов - основне везе за повезивање Лондон-ове берзе. Коришћењем ХЦФ-а за последње - миљу до трговања местима, микросекунд латенције се смањују. Такве размештају обележавају неке од првих комерцијалних употреба ХЦФ-а. (БТ и други су такође пилотирали ХЦФ за мобилне бацкхаул и сигурне мреже, мада су то изван ДЦС-а.)
● АИ / ХПЦ размјене података:Иако су јавни подаци ограничени, главни провајдери облака истражују ХЦФ. Мицрософт Азуре је формирао тим (раније луменаност) до прототипа ХЦФ веза између центара података. Мреже релативности (амерички старт - горе) развија ХЦФ посебно за АИ ДатаЦентер тканине. Ови напори имају за циљ експлоатацију ХЦФ-ове брзине да ублаже латентни уска грла у дистрибуирању АИ обуку. Иако је и даље рано, ове иницијативе подвлаче потенцијал технологије у хиперсцале и ХПЦ окружењима.
У свим тим суђењима,Наступи су испунили очекивања: Значајна капи кашњења (обично ~ 30%) и више- стотино- ГБПС капацитете на кратким линковима. Међутим, ниједно од ових суђења још увек продужава ХЦФ стотине КМ - што остаје будући рад. За сада је ХЦФ најприкладнији за Метро - Скале или Интра - Датацентер Линкс (до ~ 10-20 км), где његове предности блистају без захтевања активних понављача.
Оутлоок: АИ / ХПЦ и Футуре ДатаЦентер Нетворкс
Притисак према АИ и Ултра - брзом ХПЦ-у је повећати потражњу за Ултра - ниским латенцијама, ултра - високим линковима -. ХЦФ је јединствено позициониран да би се решили о тим потребама. Смањењем кашњења на везу ~ 30% по км, ХЦФ омогућава ДЦ оператерима да се протријерне географско покривање: Анализе сугеришу да ће се дата центри могу поставити 1.5 × даље од исте латенције. Ова "географска флексибилност" може бити пресудна као АИ кластери обухватају више локација. Исто тако, у оквиру података Центра, ХЦФ може да сече Интер - сталак и Интер- подплате, храњење великих модела са минималним заостајањем преноса података.
Поред сирове брзине, ХЦФ-ова ниска нелинеарност и широко спектра подршка значи будући примопредајници могу да гурају цене података још више. У комбинацији са напредним модулацијама и програмима паралелних влакана (нпр. Мултицоре ХЦФ), укупна пропусност може увелике прећи данашње СМФ везе. Пружаоци предвиђају ХЦФ који носи Терабит - по другом промету у следећој деценији, сусрећући се са Екасцале И / О потребама АИ чипова.
Индустрија се обавезује. Главни играчи Цлоуд / ХПЦ (Мицрософт, Гоогле, МЕТА) финансирали су ХЦФ и Д или набавке, а стартупове (релативност, луменаност) осигурала је милионе у подухват и подршка владе. Органи стандарда и конзорцијуми почињу да укључују ХЦФ у будућим мрежним плановима. Иако су многе несигурности остале (трошак, поузданост, интеграција), тренд је јасан: ХЦФ је на путу да постане кључни блок грађевине за следеће - лакетирање, високо -.
Закључак, шупље - језгра влакна представља убедљиво напредовање за податке - централни оптику. Заметање чаше за ваздух, смањио је губитак и латентност током ширења пропусне ширине и линеарности. Рана суђења доказују његову одрживост, а у току је кретања у току брзо превазилажење практичних препрека. За АИ и ХПЦ примене које захтевају "Лигхт - брзина" умрежавање, ХЦФ нуди неуспоредив пут напред - под условом да се могу решити преостали инжењеринг и изазови трошкова.