Die Entwicklung der Glasfaserkommunikation und der Aufstieg der Hohlkernfasertechnologie

Der Weg der optischen Kommunikation wurde durch die ständige Suche der Menschheit nach einer schnelleren und weitergehenden Übertragung von Informationen bestimmt.Von alten Leuchtturmen und optischen Semaphore-Linien in der Napoleonischen Ära bis zur Erfindung des Telegraphen im 19. JahrhundertDas erste transatlantische Kabel, das 1858 gelegt wurde, war in der Lage, Morse-Code über den Ozean zu senden.Symbolisiert den Beginn der globalen Vernetzung.

In den folgenden Jahrzehnten veränderten die Funkwellen die Kommunikation, doch ihre Bandbreitenbeschränkungen und Interferenzprobleme zeigten die Notwendigkeit besserer Medien.Verwendung raffinierter leitfähiger und isolierender Materialien, dominierte die Fernübertragung bis zum Ende des 20. Jahrhunderts.Die Entdeckung von Charles Kao und George Hockham in den 1960er Jahren, dass gereinigtes Glas Licht über Kilometer hinweg leiten kann, markierte den Beginn der Faseroptik-Ära.Als Corning in den 1970er Jahren die Glasfaser mit geringem Verlust eingeführt hat, wurde die Grundlage für die moderne Internetinfrastruktur geschaffen.

Die Wissenschaft hinter Hohlen-Kern-Fasern (DNANF)

Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Fasern, die auf einem festen Glaskern beruhen, führen HCFs Licht durch einen zentralen Luftkanal, der von strukturierten Glasschichten umgeben ist.die doppel eingebettet Anti-Resonanz Knotenlose Faser (DNANF) zeichnet sich als ein revolutionäres Design.

Diese Architektur funktioniert durch anti-resonante Reflexion und gehemmte Kopplung, um sicherzustellen, dass das Licht in den Luftkern eingeschränkt bleibt, anstatt mit dem Glas zu interagieren.Diese Innovation beseitigt wichtige Verlustmechanismen, insbesondere die Rayleigh-Streuung, die herkömmliche Silikonfasern grundlegend einschränken..

Die Herstellung von DNANF erfordert eine präzise Kontrolle von Leckverlusten, Oberflächenstreuung und Mikrobeugungseffekten, die alle von der Fasergeometrie und Wellenlänge abhängen.Für die Optimierung dieser Parameter werden anspruchsvolle Modellierungswerkzeuge eingesetzt., was eine stabile Leistung mit geringem Verlust über breite Spektralfenster hinweg ermöglicht.

Beispiellose Leistungsindikatoren

Die neu entwickelten HCF2-Fasern erzielten eine Rekorddämpfung von 0,091 dB/km bei 1550 nm, dem bisher geringsten optischen Verlust.Dies übertrifft die langjährige Leistungsbarriere herkömmlicher Kieselsäurefasern.

Neben der rekordniedrigen Dämpfung weist DNANF ein außergewöhnliches Übertragungsfenster auf, bei dem die Verluste über 144 nm (18 THz) unter 0,1 dB/km und über 66 THz unter 0,2 dB/km liegen.eine Verbesserung um 260% im Vergleich zu herkömmlichen Telekommunikationsfasern.

Fortgeschrittene Tests, einschließlich optischer Zeitdomain-Reflectometrie und wiederholter Cutback-Messungen, bestätigten einen einheitlichen Verlust über die 15 km lange Faser.Die Faser weist auch eine hervorragende Modusreinheit auf (intermodale Störungen < −70 dB/km), die eine überlegene Signalqualität für die Fernkommunikation gewährleistet.

Unterschiedliche technische Vorteile

Neben seiner Rekordleistung bietet die Hohlkernfasertechnologie für optische Systeme der nächsten Generation mehrere Vorteile.fast siebenmal niedriger als bei herkömmlichen Fasern, wodurch die Notwendigkeit einer komplexen Dispersionskompensation verringert wird.

Die Übertragungsgeschwindigkeit ist ein weiteres Highlight, da das Licht hauptsächlich durch die Luft fährt, steigt die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu Festkörperfasern um bis zu 45%.Die luftgeleitete Struktur unterdrückt auch nichtlineare optische Effekte, die eine Hochleistungs- und Datenübertragung ohne Signalverzerrung ermöglicht.

Die Produktion erfolgt in einem sehr kontrollierten Stapel- und Ziehverfahren mit dünnen Glaskapillaren.muss genau aufrechterhalten werden, um ein gleichbleibendes Antiresonanzverhalten zu erzielenDurch die fortschrittliche Mikroskopie und die Mehrwellenlängenprüfung wird die geometrische und optische Qualitätskontrolle gewährleistet.

Weitere Auswirkungen und zukünftiges Potenzial

Die Implikationen von DNANF gehen über konventionelle Kommunikationssysteme hinaus.für die Kompatibilität mit verschiedenen Verstärkungssystemen.

Zum Beispiel bieten Ytterbium-basierte Verstärker (≈1060 nm) eine Bandbreite von 13,7 THz, bismut-doppierte Verstärker liefern 21 THz über O / E / S-Bänder und Thulium / Holmium-Systeme (≈2000 nm) liefern über 31 THz.Die Anpassung von DNANF für diese Bands könnte die aktuelle Übertragungsbandbreite um das fünf- bis zehnfache multiplizieren.

Bei künftigen Konstruktionen könnten die Verluste durch größere Kerne und eine verbesserte mechanische Verstärkung noch weiter auf etwa 0,01 dB/km reduziert werden.Durch ihre Leistungsvorteile eignen sie sich für den Hochleistungs-Lasertransport und die Fernkommunikation.

Ausblick: Auf die nächste Generation optischer Netze

DNANF stellt einen entscheidenden Schritt in Richtung optischer Wellenleitungen dar.Energieeffizienter, und weitreichende Glasfasernetzwerke.

Die Anwendungen umfassen Telekommunikationsinfrastruktur, Rechenzentren, industrielle Laseranlieferungen, Sensorsysteme und wissenschaftliche Instrumente..Da die Herstellungsmethoden reifen und die Skalierbarkeit verbessert wird, wird die Hohlkernfaser zu einem Eckpfeiler der kommunizierenden Technologie der nächsten Generation.

Dieser Durchbruch zeigt, dass mit innovativem WellenleitungsdesignDie langjährigen physikalischen Barrieren der Glasfaserübertragung können tatsächlich überwunden werden, was eine neue Ära der optischen Konnektivität einläutet..