空芯光纖，網(wǎng)上很多文章也稱之為“空心光纖”，英文名為Hollow-core fiber（HCF），是一種新型光纖。我們現(xiàn)在普遍使用的傳統(tǒng)光纖，都是玻芯光纖。在光纖里面，有石英玻璃（主要成分是二氧化硅）制作的纖芯。空芯光纖，顧名思義，就是光纖里面不再有實(shí)體纖芯，而是“空”的——只有空氣、惰性氣體或真空。那么，空芯光纖，相比于傳統(tǒng)玻芯光纖，到底有什么優(yōu)勢(shì)呢？為什么現(xiàn)在光通信行業(yè)，都非常關(guān)注和重視空芯光纖呢？研究空芯光纖，并不是因?yàn)闇p少了里面的纖芯能夠降低成本，而是因?yàn)?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">光信號(hào)在空氣中傳播，比在玻璃纖維中傳播更有優(yōu)勢(shì)。在中學(xué)物理里面，我們學(xué)過一個(gè)重要的公式：
v是光在某種介質(zhì)中的傳播速度。c是光在真空中的傳播速度，也就是眾所周知的約30萬公里/秒。n是這種介質(zhì)的折射率。空氣的折射率約等于1。而其它介質(zhì)的折射率，都大于1。例如水的折射率是1.33，水晶是1.55，鉆石是2.42。玻璃按成分不同，大約是1.5～1.9。這就意味著，光在傳統(tǒng)玻芯光纖中，傳播速度要明顯小于c。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如果采用空芯光纖，光信號(hào)的傳播速度將會(huì)比傳統(tǒng)玻芯光纖提升47%左右。這將大幅降低光纖通信的時(shí)延（大約三分之一）。根據(jù)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的測(cè)算，玻芯光纖的時(shí)延大約是5微秒/公里，空芯光纖是3.46微秒/公里。1000公里的距離，可以減少1.54毫秒的時(shí)延。對(duì)于高頻率的金融證券交易，以及遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)制造等行業(yè)場(chǎng)景，這個(gè)時(shí)延改善具有重要的意義。空芯光纖還有很多的優(yōu)點(diǎn)，小棗君待會(huì)再做介紹。
接下來，我們還是先看看空芯光纖的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)實(shí)心光纖，由內(nèi)到外，包括纖芯、包層、涂覆層三個(gè)部分（有時(shí)候外面還有套塑）。當(dāng)光進(jìn)入光纖，光纖纖芯的折射率n1比包層的折射率n2高，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。然后光就會(huì)不停地反射，最終向前傳播。
空芯光纖，因?yàn)榭諝獾恼凵渎市∮诎鼘拥恼凵渎?，所以，不?huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。
因此，空芯光纖想要實(shí)現(xiàn)對(duì)光的“圍困”，就必須采用新的技術(shù)思路。早在上世紀(jì)60年代，也就是高錕發(fā)表光纖創(chuàng)世論文的時(shí)候，就有人曾經(jīng)提出過空芯光纖的設(shè)想。但是，那時(shí)候的材料技術(shù)還不成熟，所以無法實(shí)現(xiàn)。1987年，美國應(yīng)用物理學(xué)家伊萊·亞布洛諾維奇（Eli Yablonovitch）和薩杰夫·約翰（Sajeev John）率先提出了光子晶體（photonic crystal）的概念，打破了僵局。光子晶體（Photonic Crystal），也叫光子禁帶材料，是由不同折射率的介質(zhì)周期性排列而成的人工微結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單地說，光子晶體具有“波長(zhǎng)選擇”的功能，可以有選擇地使某個(gè)波段的光通過，而阻止其它波長(zhǎng)的光通過。大家看到有一些五彩斑斕的寶石，還有自然界中蝴蝶翅膀、孔雀翎羽、甲蟲外殼等閃爍著的彩色金屬光澤，都源于光子晶體特殊的周期性微結(jié)構(gòu)，能夠?qū)μ囟úㄩL(zhǎng)的光進(jìn)行選擇性反射。
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