HCF 空芯光纖的技術優勢、佈署挑戰、與佈署測試方案
- 翔宇科技
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空芯光纖（Hollow Core Fiber, HCF） 被視為下一代光纖傳輸技術，其特色在於以空氣作為纖芯，並透過光子帶隙（PBG）或反諧振結構（DNANF），將光限制於空心纖芯中傳播，由於具備低延遲、低非線性與高功率承載能力等優勢，空芯光纖已逐步應用於超大規模資料中心互連（DCI），並延伸至人工智慧運算、高頻金融交易、量子通訊及國防等對傳輸效能高度敏感的應用場域，可顯著提升系統效能與服務品質。
隨著全球資料流量每年約 1.5 dB 成長，同時雷射輸出功率亦以每年約 2 dB 的速度提升，既有光纖技術正逐步逼近其物理極限。為滿足未來對更高資訊容量與更大光功率傳輸的需求，產業極需具備突破性的全新技術。以空氣導光的空芯光纖被視為極具潛力的解決方案。
HCF 空芯光纖 vs. SMF 的優勢
理想上，與傳統單模光纖（SMF）相比，空芯光纖可實現以下優勢：
降低 30% 延遲；HCF 的光傳輸速度接近真空中的光速，因此延遲約為 3.33 µs/km，而 SMF 的延遲為 4.9 µs/km。
降低 70% 的色散；HCF 的 CD 值通常小於 5 ps/nm/km，而 SMF 的 CD 值約為 17 ps/nm/km。
等效偏振模色散（PMD）降低；HCF 可達到低於 0.1 ps/√km 的 PMD 值，而 SMF 的 PMD 值為 0.1 ps/√km。
非線性效應減弱；由於光與材料的相互作用極小，HCF 的非線性效應可以忽略不計。
傳輸損耗；在實驗室環境特定波段下已實現低至 0.07 dB/km 的衰減，優於典型的單模光纖（SMF）約 0.2 dB/km 的衰減值。
更高光功率承載能力
這些優勢使得光訊號在長途傳播時，無需放大，即可在更遠的距離上實現資料傳輸，並將資料錯誤/遺失降至最低。不過，空芯光纖技術在最低傳輸損耗、傳輸容量，以及可承載光功率與能量等方面，現階段仍受到部分基礎物理限制，商轉技術仍處於精進研發、測試的階段。
HCF 空芯光纖的技術限制、與商用化挑戰
儘管空芯光纖展現巨大潛力，但目前仍處於持續研發與試驗階段，在實際部署上面臨多項技術挑戰，包括：
製造及部署成本
HCF 的製造成本、光學特性（例如後向散射和光譜範圍）與傳統光纖不同，需要更大的投資和更廣泛的性能測試、整合測試。除了在高波長下進行雙向光時域反射儀（OTDR）測量外，還需要進行色散測試和衰減曲線（AP）分析，以確認安裝正確，從而保護投資並確保未來的性能，尤其是在中長距離鏈路中。目前可用的測試和認證方案有限；市面上的測試設備若不具備 OTDR/色散測試技術，則只能測試短距離的連結。
（VIAVI 提供業界首個空芯光纖一體化認證解決方案，以〈OneAdvisor 800〉為基礎，功能支援雙向 OTDR、PMD、CD 與 AP 測試與報告，適用 DNANF 與 PBG 類型，涵蓋短、中、長距離鏈路。詳情如後文所述）
SMF-to-HCF 適配損耗
從 SMF 轉換到 HCF 時，會因光纖模式和纖芯幾何形狀不匹配，而引入耦合效率損失（約在 0.2 至 3 dB 之間，具體取決於對準精度和連接器品質）。在鏈路調試過程中，必須仔細測量這些損耗；這對 OTDR 量測來說是一個挑戰，它會在訊號軌跡上產生拖尾，並可能掩蓋靠近第一個連接點的某些事件。
HCF-to-HCF 熔接損耗
空芯光纖每段之間的熔接複雜，根據光纖的對準情況和清潔度，可能會產生 0.1–1.5 dB 的熔接損耗；在實際應用中，熔接點之間的距離可能達到 2 至 4 公里。需要具有高動態範圍、短脈衝響應的 OTDR 量測設備，分別測量每個熔接點。
瑞利背散射（RBS）和 可變後向散射係數
空芯光纖（HCF）的瑞利背散射（RBS）水準比單模光纖（SMF）低約 14 至 20 dB，使 OTDR 跡線可見度明顯下降，標準 OTDR 設定下更難以偵測事件與準確量測距離。此外，HCF 因微觀結構差異，沿光纖長度可能出現不均勻的背向散射係數，不同於 SMF 的相對一致特性，進一步增加 OTDR 曲線判讀的複雜度。
背向散射 Optical Backscattering 與 色散 Dispersion
當光進入光纖時，一小部分光因為材質分子、雜質、微結構缺陷，產生向後反射。背向散射通常是非常不利的，因為它會導致沿著光纖傳播的訊號衰減，並限制許多光纖設備的性能，例如用於導航客機、潛水艇和太空船的光纖陀螺儀。
色散為影響光纖頻寬的主因，可見光的波長約在 400 奈米（紫光）到 700 奈米（紅光）之間，不同色光在真空中有相同的速率，但在介質中不同色光有不同速率，因此，光進入介質後因產生不同的折射角而分散開來，稱為色散現象。色散越大代表光在光纖中傳遞越容易發散，光越容易發散而傳不遠，傳不快。
光纖結構的彎曲半徑 & 彎曲靈敏度
HCF 複雜的微結構設計和空芯幾何形狀，造成對彎曲的敏感度是單模光纖的 10 倍。HCF 需遵守較大的最小彎曲半徑(通常為數公分等級或以上，視纖種/結構而定)。為避免過度衰減或結構損壞，HCF 通常不適合佈線於窄小環境，安裝人員必須確保正確的佈線和應力釋放。
VIAVI 首推出中長 HCF 空芯光纖 - 雙向測試認證解方
VIAVI 在 2026 年 1 月，宣布整合推出針對中長 HCF 鏈路、可適用於大規模資料中心部署的「OTDR、色散測試、衰減分析解決方案」，基於 VIAVI 知名產品〈OneAdvisor 800〉為基礎，搭配〈ODM Modules (8100 Series)〉、〈OTDR Modules (8100 Series)〉模組。針對 HCF 測試，其功能支援雙向 OTDR、PMD、CD 與 AP 測試與報告，適用 DNANF 與 PBG 兩種 HCF 類型的短、中、長距離鏈路測試。
〈OneAdvisor 800〉本身及具備基本光纖測試：光功率計、可視故障定位器、OTDR 測試、光譜特性分析器（OSA）、色散特性分析：光色散測試模組
〈VIAVI OTDR 模組 - 8100 系列〉整合 OTDR、功率計與連續光源、即時流量偵測。具有 50 dB 動態範圍、256,000 採集點，適用高密度與長距離光纖鏈路
〈VIAVI 光學色散測量 ODM 模組 - 8100系列〉，結合 CD、PMD 和 AP 測試功能，涵蓋整個波長範圍（1260 至 1640nm），具有高動態量測範圍（高達 58dB）
VIAVI 整合 HCF 雙向 OTDR 與多項光纖量測
VIAVI 此次推出全球首款可針對 HCF 鏈路，進行雙向 OTDR、PMD、CD 與 AP 測試，並可整合產出測試報告的一體化認證解決方案。
VIAVI 光纖與存取解決方案副總裁暨總經理 Kevin Oliver 指出，這套專為 HCF 打造的整合式解決方案，已經與三家全球性領先的超大規模資料中心營運商共同進行的實地應用測試、完成驗證。在與業者合作的測試中，該解決方案於短距離、中距離及長距離鏈路應用皆展現優異的測試表現，協助客戶有效保障空芯光纖的高額投資，並確保未來的投資報酬。
《翔宇科技》為 VIAVI Solutions 在臺灣的緊密合作夥伴，針對 PCIe 與其他各種匯流排協定領域、光通訊相關量測等代理及銷售、VIAVI 的測試、除錯等各種解決方案，包括：PCIe、NVMe、CXL、Serial Attached SCSI、Serial ATA、Fibre Channel、Ethernet，另外也提供其他大廠的解決方案包含MIPI M-PHY、 UniPro、UFS、MIPI A-PHY、MIPI I3C、eMMC、SD、SDIO、USB、CAN、I2C、SPI、eSPI 等測試工具。攜手科技產業客戶群，共同突破於研發與製程的難關，在新興應用領域持續前進。
