Hollow - Fib Nwayo (HCF) ranplase nwayo a vè nan yon sèl tradisyonèl - fib mòd (SMF) ak yon lè - ranpli sant. Nan sans, se yon HCF konstwi kòm yon vè microstructured "koki" ki antoure yon kanal lè santral. Limyè se gide pa pa total refleksyon entèn nan glas la, men pito pa yon diferans band fotonik oswa efè antiresonans nan CLADDING la. Figi 1 montre yon komen "rotator" konsepsyon antiresonans: yon nwayo lè santral ki te antoure pa yon bag nan tib kwatz mens. Sa a pèmèt plis pase 99% nan mòd nan limyè yo rete nan lè a, siyifikativman diminye entèraksyon ak glas la. Nan contrast, yon SMF konsiste de yon germanium solid - nwayo silica doped (apeprè 9 μm an dyamèt) nan yon ba - refraktif - CLADDING INDEX. Paske nwayo a HCF gen yon endèks pi ba refraktif (N≈1) pase CLADDING a, se yon estrikti CLADDING espesyalize oblije fèmen limyè a.
Figi 1: Hollow - konsepsyon fib debaz. (a) Schematic nan yon antiresonant tubulaires kre - fib nwayo (HCF): limyè se nan prizon nan yon nwayo lè santral ki te antoure pa enbrike kapilè vè mens. (b) tradisyonèl sèl - Fib mòd sèvi ak yon nwayo vè solid. Jeyometri a nan nwayo a HCF ak CLADDING (egzanp, bag vè siwo myèl) lakòz limyè a reflete tounen nan kanal la lè nan swa efè a bandgap fotonik oswa efè a antiresonans.
Atenuasyon (pèt)
Tradisyonèl sèl - mòd fib (SMF) gen pèt ki ba anpil nan C - bann (apeprè 0.2 dB/km). Pou egzanp, Corning SMF - 28 Ull Fib gen yon pèt nan mwens pase 0.16 dB/km nan 1550 nm. Reyèl - mond, segondè - bon jan kalite SMF gen yon seri pèt nan 0.16-0.2 dB/km nan 1550 nm. Nan konparezon, byen bonè Prototypes HCF ekspoze pèt nan seri a 1-10 dB/km. Gras a avans teknolojik (entiresonan desen enbesil, "wotasyon" HCFS, elatriye), pèt HCF te diminye siyifikativman: soti nan apeprè 1.3 dB/km nan 2018 a apeprè 0.65 dB/km nan 2019, ak Lè sa a, apeprè 0.28 dB/km nan 2020. Pwototip te reyalize apeprè 0.11 dB/km. Nan kout-rive done done sant (dè dizèn de kilomèt), menm 0.2-0.3 dB/km se akseptab, se konsa HCF se tou pre pratik pèt égalité.
Referans atenuasyon:SMF (1550 nm) ≈0.16-0.2 dB/km; HCF (kounye a) ≲0.2-0.3 dB/km (sib ~ 0.1 dB/km).
Enplikasyon pratik la se ke lyen HCF dirèk ka span distans ki sanble ak sa yo ki nan sèl - mòd fib (SMF) san yo pa bezwen an pou repeater anplifikatè. Paske HCF evite nwayo a vè, pèt ki rete li yo prensipalman soti nan flit ak simaye sifas yo. Miyò, Rayleigh simaye se neglijab nan lè, sa ki pèmèt plis rediksyon nan pèt nan amelyore anti - estrikti sonorite. Rezilta a se ke byen - ki fèt HCF ka rival li konvansyonèl fib optik nan diminisyon, omwen sou kout a distans mwayen.
Reta (reta pwopagasyon)
Paske HCF fè limyè nan lè a, endèks efikas refraktif li yo tou pre 1 (konpare ak apeprè 1.47 nan vè). Sa vle di ke limyè pwopaje siyifikativman pi vit nan HCF. Nan aplikasyon pratik, HCF ka diminye reta pwopagasyon pa apeprè 30% a 50%. Pou egzanp, reta nan gwoup nan sèl - Fib Mode (SMF) se apeprè 2.0 µs/km, pandan y ap pibliye desen HCF gen yon reta nan gwoup apeprè 1.54 µs/km. Nan lòt mo, se latansi nan yon lyen HCF redwi pa apeprè 31% pou chak kilomèt. Figi 2A - B ilistre efè akselerasyon sa a. (Remak: Gen kèk sous rapòte amelyorasyon vitès kòm yon wo apeprè 47%, tou depann de espesifik diferans lan endèks refraktif.)
Figi 2:Avantaj nan vitès nan Hollow - fib debaz. Nan Hollow - Nwayo HCF (adwat), pulsasyon limyè difize apeprè 50% pi vit pase nan vè - nwayo SMF (agòch). Sa a diminye reta gwoup (latansi) pou chak longè inite pa apeprè 30% a 50%. Figi a montre ke yon lyen HCF transmèt done yo menm nan apeprè de - tyè tan an nan yon lyen SMF. Nan reyèl - aplikasyon Mondyal, yon lyen 10 km HCF gen yon reta pwopagasyon nan apeprè 15 µs (5 ns/m), pandan y ap yon lyen SMF gen yon reta pwopagasyon nan apeprè 20 µs, sa ki lakòz yon fen - a -} latency fen nan apeprè 5 µ. Mezi OFS konfime ke HCF gen yon latansi nan apeprè 1.54 µs/km, pandan y ap SMF gen yon latansi nan apeprè 2.24 µs/km (yon rediksyon nan apeprè 31%). Rediksyon latansi sa a kritik pou echanj done AI/HPC ak segondè - komès frekans. An reyalite, tès endistri yo toujou rapòte amelyorasyon latansi nan apeprè 30%. (Nan yon dènye jijman Madrid, yon lyen 1.386 km HCF redwi wonn - latansi vwayaj pa 4.287 µs konpare ak SMF.) Rezime:
Referans latansi: SMF ≈2.0 µs/km; HCF ≈1.5-1.6 µs/km, ki reprezante yon rediksyon latansi nan apeprè 30-35%.
Sa a "vitès nan limyè" avantaj pèmèt sant done yo dwe distribye sou pi gwo distans nan yon bidjè latansi bay yo. Menm jan an, nan yon sant done sèl oswa lakou lekòl la, lyen HCF ka siyifikativman diminye latansi hop, ede satisfè sub - mikrosecond fen a - a - kondisyon latency fen nan distribye tren AI.
Dispèsyon ak efè linear
HCFS eritye dispèsyon ki ba anpil. Depi pifò limyè abite nan lè, dispèsyon materyèl (longèdonn - varyasyon depandan nan endèks refraktif vè a) se neglijab. Yon ak anpil atansyon ki fèt anti - Rezonan HCF ekspozisyon tou pre - zewo dispèsyon nan li yo ki ba - pèt. Sa a efektivman minimize batman kè elaji, amelyore Pleasant a - pwodwi distans. Menm jan tou, dispèsyon mòd polarizasyon (PMD) nan HCFs se minim, ak efè yo nan faktè anviwònman an (tanperati ak estrès) yo minim. Pa konparezon, SMFS montre dispèsyon nan apeprè 17 ps/(nm · km) nan 1550 nm (ak pi gwo varyasyon nan tout C/L gwoup la), ak PMD nan segondè - fen fib optik se apeprè 0.05-0.2 ps/√km.
Nan HCFs, efè linear (tankou Kerr linear, SPM/XPM, ak kat - Vag melanje) se plizyè lòd nan mayitid pi fèb. Avèk plis pase 99,99% nan mòd yo nan lè a, efikas koyefisyan an linear se apeprè 100 a 1000 fwa pi piti pase koyefisyan an ekivalan linear nan silica. Sa vle di ke HCF ka sipòte pi wo pouvwa optik anvan deformation linear rive, potansyèlman amelyore efikasite espèk pou chak chanèl oswa senplifye fòma modulasyon. Kòm kèk défenseur pwen soti, li kapab tou amelyore sekirite (fè li pi fasil ekout oswa enjekte fib nan fib la).
An jeneral, HCF siyifikativman diminye limit yo Pleasant ak kontrent linear ki asosye ak dispèsyon. Sant done yo ka itilize pi laj longèdonn (pi lwen pase estanda C - bann) pou reyalize segondè - lyen kapasite san yo pa bezwen pou konpansasyon dispèsyon. Anpil desen HCF prezante yon lajè "premye fenèt antiresonans" ki kouvri anpil nan 1.5 a 1.6 µm bann ak pèt plat, pandan y ap dezyèm fenèt la ka pwolonje nan L - gwoup la e menm gwoup la vizib ak pi ba pèt. An jeneral, potansyèl la Pleasant nan HCF se omwen konparab ak, ak potansyèlman menm pi gran pase, sa yo ki an SMF, espesyalman lè w ap konsidere operasyon multiband ak segondè transmèt pouvwa.
Pleasant ak kapasite
Gwo vitès HCF la ak linear ba bay li kapasite eksepsyonèl. Metafò, HCF se tankou yon fib optik pi vit ak liy ki pi laj: li ka pote plis "machin" (Bits) nan yon vitès pi vit. Figi 3 (dwa) montre sa a: yon HCF "super kamyon" ka pote plis done nan yon vitès ki pi wo pase yon SMF "machin." Nan pratik, HCF te demontre trè wo pousantaj done total nan eksperyans laboratwa. Pou egzanp, eksperyans yo te reyalize pousantaj kanal nan 800 GB/s ak 1.2 TB/s lè l sèvi avèk antiresonant HCF anplwaye aderan divizyon longèdonn multiplexing (WDM). Nan reyèl - rezo mondyal, HCF te sipòte 6 x 100 gb/s chanèl ak menm jan an milti - chaj longèdonn sou yon fib sèl.
Figi 3:Done analoji debi. HCFKa tankou yon pi vit, segondè - kapasite "kamyon," pandan y ap SMF se tankou nan yon "machin." Sa a reflete konbinezon an nan segondè Pleasant HCF a (plis longèdonn/mòd, pi ba distòsyon) ak pi wo vitès pwopagasyon. Kontrèman ak SMF (agoch), HCF evite vè linear ak ka itilize yon fenèt espèk pi laj, pèmèt pousantaj done depase terabits/dezyèm sou yon fib sèl.
Pwen kle sou kapasite HCF:
● Ranje longèdonn:HCF pa limite pa absòpsyon silica "tèt dlo" ak absorptions UV nan SMF. Nouvo desen HCF travay byen soti nan ~ 1200 nm jiska ~ 1700 nm, e menm nan vizib pou kalite espesyalize.
● Chanèl WDM:Tès bonè yo montre HCF pote plizyè douzèn chanèl WDM (C+L bann) ak minim Crosstalk linear.
● Fòma modulasyon:Paske nonlinearity ki ba, HCF ka pi fasil pote segondè - modulasyon lòd (egzanp . 64 qam) nan gwo pouvwa pou chak kanal.
● Bit - to:Avèk deteksyon aderan, HCF ta dwe sipòte menm pou chak - kanal ti jan - pousantaj kòm SMF (100 GB/s+ pou chak longèdonn); Esè bonè nan 100-600 GB/s longèdonn te reyisi.
An rezime, HCF ofriomwenMenm Pleasant potansyèl la tankou SMF ak, nan milti - lyen kanal, ka souvan depase li nan pi wo pouvwa lansman ak pi ba crosstalk. Opozisyon an sèlman se ke anpil kalite HCF gen yon fini ki ba - pèt fenèt, se konsa plen fib C+L+U bann itilize ka mande pou kalite fib miltip oswa optimize dispèsyon - konsepsyon Enjenieri.
Fabwikasyon ak defi pratik
Pandan ke fizik HCF yo pwomèt, plizyè defi jeni rete:
● Preform konplèks:HCF Preforms (estrikti yo baton vè) yo konplike. Yo mande pou anpile miltip tib kapilè mens, ki mande segondè - fabwikasyon presizyon ak trase kontwòl. Kòm yon rezilta, se aktyèl HCF te fè nan volim limite. Eskalad manifakti a dè dizèn de milye de km nan lyen fib DC pral pran plis devlopman ak liy pwodiksyon nouvo.
● Splicing ak konektè:HCF pa ka dirèkteman akouple ak konektè fib estanda. Se konsa, fen itilize kout konvansyonèl SMF pigtails. Nan pratik, endistri itilize fizyon splicing nan HCF moun ki gen SMF nan LC/SC konektè. Rapò pèt splice varye soti nan ~ 0.5 dB (optimize) jiska ~ 2.5 dB. Nenpòt Connector/Pigtail ajoute ~ 0.5 dB. Pèt siplemantè sa yo (pou chak lyen) enpòtan konpare ak yon bidjè resèpteur nan yon DC. Low - Pèt HCF Splices ak nouvo ki ba - Pri Connector Solutions yo aktif R&D zòn.
● Bend ak anbalaj sansiblite:HCF (espesyalman gwo - desen debaz) se pi plis sansib a koube ak mikwo - koube pase SMF. Planche prezante pèt ak ka konvèti mòd. Pou diminye sa a, cables HCF itilize ki lach - tib oswa konstriksyon riban ak reyon gwo Bend. Se atansyon espesyal ki nesesè yo anpeche souch pandan enstalasyon. Nan tès laboratwa, HCF sou bobin rijid te montre konpòtman akseptab, men kabl reyèl (ak twoub minim) ka aktyèlman ogmante pi wo - lòd entèferans mòd sòf si ki fèt ak filtè mòd. OFS ak lòt moun te ajoute "shunt" estrikti fè espre dezabiye pi wo - lòd lòd ak siprime dispèsyon modal.
● Pèt Splice ak fib:Yo te mezire pèt ki ba yo (≪0.2 dB/km) sou "fè" HCF seksyon. Kablaj, splicing, ak faktè anviwònman (kontaminasyon, imidite) tipikman ogmante pèt. Pou egzanp, OFS rapòte ke kabl HCF yo te ajoute ~ 0.1-0.7 dB/km pèt nan C - bann. Se konsa, reyèl - Mondyal deplwaye pèt ta ka ~ 0.3-0.5 dB/km jouk pwosesis ki gen matirite.
● Pri ak disponiblite:HCF kounye a pote yon prim pri, jan yo note sa pa ekspè nan endistri. Deplwaman bonè (egzanp BT/Lumenisity pou London Stock Exchange a) yo se nich itilize - ka kote pri jistifye. Pou vin endikap nan DC konekte, komèsan pwodiksyon yo dwe echèl ak depans materyèl tonbe. Plizyè nouvo inisyativ (rezo relativite, lumenisity, silenfiber, elatriye) ap bati soti pwodiksyon HCF ak finansman VC ak done.
An rezime,Lyen pratik HCFJodi a ka mande pou manyen atansyon: fizyon konektè spliced, gwo pasan kanson, ak câbles espesyalize yo. Endistri a ap devlope aktivman estanda ak pi bon pratik. Pou egzanp, OFS Accucore ™ câbles yo kounye a se ofri pou HCF ak faktè fòm estanda. Sepandan, chak lyen HCF toujou antre nan apeprè 0.5-3 dB nan pèt siplemantè pou kabl/epis, limite rive ak nesesite bidjè pouvwa.
Esè ak prototip nan anviwònman datacenter
HCF deja deplase soti nan laboratwa a nan rezo reyèl. Dènye esè jaden ak deplwaman pilòt montre rezilta prometteur:
● DC - pou - DC Lyen:An fevriye 2024, Operatè Panyòl Lyntia te asosye ak Nokia, OFS|Furukawa ak Digital Realty pou deplwaye yon kab Hollow - ant yon pòp ak yon sant done Madrid. Plis pase yon lyen 1.386 km HCF, yo reyalize yon wonn - vwayaj rediksyon latansi nan287 µs (>30%) konpare ak SMF, pandan y ap pote 600 GB/s sou yon longèdonn sèl. Tès sa a reyèl - Mondyal itilize transponders aderan nan 100 GB/s pou chak λ. Jij la konfime ke HCF ka spliced nan enfrastrikti ki egziste deja (OFS Accucore ® kab) ak estanda Kovèti pou aderan, louvri pòt la pou DC konekte.
● Kout - Lyen ki rive:Laboratwa OFS demontre yon lyen 3.1 km HCF pote 10 GB/s trafik DWDM (10 longèdonn) pou rezo komès. Sa a te premye transmisyon an HCF, ki montre ti jan - erè - gratis 10GB/s sou fib+kab ak yon rediksyon latansi 31%. Menm jan tou, Nokia/Bell laboratwa yo te teste HCF nan 800-1200 GB/s total (8 × 100GB/s) nan dispozisyon laboratwa.
● Rezo finansye ak komès:Ekonomi latans HCF yo te atire segondè - frekans komès (HFT) Sèvi ak - ka. Nan 2021, Lumenisity (kounye a yon pati nan Nokia) ak Eunetworks deplwaye Hollow - lyen debaz konekte London a Stock Exchange. Lè l sèvi avèk HCF pou dènye - mil nan avni komès, latans microsecond yo redwi. Deplwaman sa yo make kèk nan premye itilizasyon komèsyal HCF. (BT ak lòt moun te tou pilote HCF pou backhaul mobil ak rezo sekirite, menm si sa yo, se deyò DCS.)
● AI/HPC echanj done:Pandan ke done piblik la limite, pi gwo founisè nwaj yo ap envestige HCF. Microsoft Azure te fòme yon ekip (ansyen Lumenisity) nan pwototip lyen HCF ant sant done. Rezo Relativite (yon US kòmanse - moute) ap devlope HCF espesyalman pou AI Datacenter twal. Efò sa yo vize pou esplwate vitès HCF pou soulaje latansi nan distribye fòmasyon AI. Malgre ke toujou bonè, inisyativ sa yo souliye potansyèl teknoloji a nan anviwònman hyperscale ak HPC.
Nan tout esè sa yo,Pèfòmans te rankontre atant: siyifikatif latansi gout (tipikman ~ 30%) ak milti - san - Gbps kapasite sou lyen kout. Sepandan, okenn nan sa yo esè ankò pwolonje HCF dè santèn de km - ki rete nan lavni travay. Pou kounye a, HCF se pi byen adapte a Metro - echèl oswa andedan - lyen datacenter (jiska ~ 10-20 km), kote benefis li yo klere san yo pa egzije repete aktif.
Pespektiv: AI/HPC ak Future Datacenter Networks
Pouse a nan direksyon pou AI ak Ultra - Fast HPC se entansifye demann pou ultra - ki ba - latansi, ultra - segondè - lyen Pleasant. HCF se inikman pozisyone adrese bezwen sa yo. Pa diminye reta lyen ~ 30% pou chak km, HCF pèmèt operatè DC detire pwoteksyon jeyografik: analyses sijere sant done ta ka mete 1.5 × pi lwen apa pou latansi a menm. Sa a "jeyografik fleksibilite" ka kritik kòm AI grap span sit miltip. Menm jan an tou, nan yon sant done, HCF ka koupe entè - etajè ak entè - latans POD, manje modèl gwo ak minimòm done transfè lag.
Beyond vitès anvan tout koreksyon, HCF a ki ba linear ak sipò spectre gwo vle di resèpteur nan lavni ka pouse pousantaj done menm pi wo. Konbine avèk modulasyon avanse ak rapid fib paralèl (egzanp multicore HCF), debi an jeneral te kapab anpil depase lyen SMF jodi a la. Founisè anvizaje HCF pote terabit - pou chak - dezyèm trafik pou chak seksyon nan pwochen deseni kap vini an, satisfè bezwen yo Exascale I/O nan AI bato.
Endistri ap pran avi. Gwo nwaj/HPC jwè (Microsoft, Google, Meta) te finanse HCF R & D oswa akizisyon, ak star (Relativite, Lumenisity) te garanti dè milyon nan antrepriz ak sipò gouvènman an. Kò estanda ak konsòsyòm yo ap kòmanse gen ladan HCF nan plan rezo nan lavni. Pandan ke anpil ensètitid rete (pri, fyab, entegrasyon), tandans a se klè: HCF se sou track yo vin yon blòk bilding kle pou pwochen - jenerasyon ki ba - latansi, segondè - kapasite datacenter rezo.
An konklizyon, Hollow - fib nwayo reprezante yon avansman konvenkan pou done - sant optik. Pa échanjé vè pou lè, li koupe pèt ak latansi pandan y ap agrandi Pleasant ak lineyè. Esè bonè pwouve viabilite li yo, ak devlopman kontinyèl yo rapidman simonte obstak pratik. Pou AI ak HPC deplwaman ki mande "limyè - vitès" rezo, HCF ofri yon chemen depaman pou pi devan - bay jeni ki rete li yo ak defi pri yo ka rezoud.
