Microsoft разработала полое оптическое волокно с рекордно низкими потерями сигнала

Исследовательская команда Lumenisity, поддерживаемая Microsoft и являющаяся спин-оффом Центра оптоэлектронных исследований Университета Саутгемптона, создала полое оптическое волокно с рекордно низкими потерями сигнала. Как сообщается в статье, опубликованной 1 сентября в журнале Nature Photonics, команде удалось достичь показателя 0,091 дБ/км на длине волны 1550 нм, используя конструкцию под названием двухвложенная безузловая антирезонансная волоконная структура (DNANF).

Этот показатель превосходит достигнутый ~0,14 дБ/км у лучших современных кремниевых волокон — и этот показатель практически не улучшался с 1980-х годов. По словам исследователей, это «одно из самых значительных улучшений в технологии волноводов за последние 40 лет».

Обычное одномодовое волокно проводит свет через стекло, замедляя сигналы примерно до 200 миллионов метров в секунду, что составляет две трети от их потенциальной скорости в вакууме. В отличие от этого, полые волокна направляют фотоны в основном через воздух — сокращая задержку почти вдвое и сводя к минимуму нелинейные эффекты. Однако это имеет серьёзный недостаток: полые конструкции теряют энергию со скоростью более 1 дБ/км, что фактически ограничивает их применение короткими специализированными линиями связи.

Конструкция DNANF решает эту проблему, используя концентрические стеклянные трубки толщиной всего в микрон. Они действуют как крошечные зеркала, отражая свет обратно в воздушное ядро и подавляя высшие моды. Тестирование на 15-километровых бухтах с использованием нескольких методов измерений, включая оптическую рефлектометрию во временной области, подтвердило затухание ниже 0,1 дБ/км.

Не менее важно то, что потери оставались ниже 0,2 дБ/км в полосе спектра шириной 66 ТГц. Это значительно шире узких телекоммуникационных окон, где кремниевые волокна работают лучше всего. Также сообщается, что хроматическая дисперсия — явление, при котором разные длины световых волн распространяются с разной скоростью в среде — в семь раз ниже, чем в традиционных волокнах, что может упростить конструкцию трансиверов и снизить энергопотребление сетевого оборудования.

Приобретение Microsoft компании Lumenisity в 2022 году стало явным признаком намерения вывести технологию полых волокон из лаборатории в производство. На тот момент потери в полых волокнах компании составляли около 2,5 дБ/км, что всё ещё было далеко от традиционного порога ~0,14 дБ/км для стеклянного волокна.

После пилотного проекта, проведённого параллельно с исследованиями команды, Microsoft сообщила Network World, что около 1200 км нового волокна уже активно передают живой трафик. Во время конференции Microsoft Ignite 2024 года генеральный директор Сатья Наделла объявил, что компания планирует развернуть 15 000 км волокна по сети Azure в течение следующих двух лет для поддержки подключений ИИ.

«Достигнутый низкий уровень потерь может позволить операторам пропускать каждый второй или третий усилительный участок, что приведёт к значительному сокращению как капитальных, так и операционных расходов», — заявил Франческо Полетти, соавтор разработки.

Конечно, остаются некоторые challenges. Масштабирование производства потребует нового инструментария, а стандарты ещё предстоит разработать. Но впервые в истории волокно, проводящее свет через воздух, оказалось как быстрее, так и менее подвержено потерям, чем стекло, которое оно пытается заменить.