Новый полый оптоволоконный кабель передает данные на 45% быстрее с рекордно низкими потерями

Валидация моделирования. Автор: Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01747-5

Несмотря на то, что современный мир сильно зависит от цифровой оптической связи, значительного улучшения минимального затухания — меры потери оптической мощности на километр пути — в оптоволокне не происходило около 40 лет. Уменьшение этих потерь означало бы, что сигнал мог бы распространяться дальше без усиления, что привело бы к передаче большего объема данных на большие расстояния, более быстрому интернету и более эффективным сетям.

Современные волокна передают свет через кварцевые сердцевины, которые имеют ограниченный потенциал для улучшения потерь. Другой вариант — полое оптоволокно (HCF), которое теоретически позволяет достичь более высоких скоростей благодаря способности света распространяться в воздухе быстрее, чем в кварце. Тем не менее, ученые боролись с созданием HCF, которые на самом деле работали бы лучше, чем кабели на основе кварца. В большинстве случаев затухание было хуже или конструкция была непрактичной.

Но теперь исследователи из Саутгемптонского университета и Microsoft заявляют о прорыве в конструкции HCF в недавно опубликованном исследовании в Nature Photonics. Новое волокно достигает рекордно низких потерь 0,091 дБ/км на длине волны 1550 нм по сравнению с минимальными потерями 0,14 дБ/км для кварцевых волокон. Новая конструкция сохраняет низкие потери около 0,2 дБ/км в полосе пропускания 66 ТГц и обеспечивает на 45% более высокую скорость передачи.

Авторы исследования объясняют:

«Потери ниже 0,2 дБ/км, совместимые с дальней связью, становятся возможными от 700 нм до более ~2400 нм. Это открывает возможность оптимизировать выбор длин волн передачи на основе того, где оптоэлектронные компоненты и технологии усиления демонстрируют наилучшую производительность и достигают самой низкой стоимости за бит, а также возможность обеспечить передачу с низкими потерями на длинах волн, которые до сих пор были недоступны».

Используя передовое моделирование, исследователи минимизировали три основных механизма потерь: утечку, поверхностное рассеяние и микрогибы, и протестировали волокна длиной до 15 км, чтобы подтвердить свои результаты. Новое волокно представляет собой своего рода вложенное безузловое полое волокно с антирезонансным дизайном (DNANF) с воздушной сердцевиной, окруженной тщательно спроектированной стеклянной микроструктурой.

Команда считает, что дальнейшие исследования могут еще больше снизить потери, возможно, до 0,01 дБ/км, а также помочь настроить волокно для работы с низкими потерями на разных длинах волн. Однако даже достигнутые потери открывают потенциал для более длинных неусиленных участков в подводных и наземных кабелях, а также для доставки лазерного излучения высокой мощности и применений в сенсорике.

Авторы заключают:

«В свете представленных результатов мы уверены, что с развитием объемов производства, геометрической согласованности и уменьшением присутствия поглощающих газов в сердцевине, DNANF HCF утвердятся как ключевая волноводная технология. Эта инновация имеет потенциал обеспечить следующий технологический скачок в передаче данных».

Больше информации: Marco Petrovich et al, Broadband optical fibre with an attenuation lower than 0.1 decibel per kilometre, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01747-5