微软 Azure 团队的突破性研究表明，经过超过 1,200 公里的光纤测试，空心光纤的传输损失已降至 0.1 dB/km 以下，并扩展了带宽，能带来更快、更便宜、更节能的数据网络表现。微软通过空心光纤技术，成功将数据传输损失降低到每公里 0.091 dB，创下历史最低水平，显著低于几十年来限制光纤网络的 0.14 dB/km 上限。

这项研究由微软 Azure Fiber 和英国南安普顿大学的科学家们共同完成，研究成果已发表在《Nature Photonics》期刊，展示了首个在信号损失和带宽容量方面超越传统玻璃光纤的光纤。

微软的空心光纤实验在 18 THz 带宽下保持了低于 0.1 dB/km 的损失，而在制造杂质消除后，在 66 THz 带宽下的损失也低于 0.2 dB/km。

“尽管这只是一个试点项目，但它涉及超过 1,200 公里的光纤，这些光纤现在已经埋设在地下，并且正在积极承载实时流量。”微软 Azure 的合作研究员 Francesco Poletti 在接受采访时表示。微软CEO萨提亚·纳德拉（Satya Nadella）曾在 2024 年的 Ignite 大会上宣布，未来几个月将通过 Azure 网络部署 15,000 公里的空心光纤。

微软已开始大规模部署这一技术

这一成就标志着微软自 2022 年 12 月收购 Lumenisity Limited 以来的重大进展。Lumenisity 是南安普顿大学的一个衍生公司，早期开发了空心光纤技术。在微软收购时，Lumenisity 的空心光纤的损失约为 2.5 dB/km——虽然优于之前的空心光纤尝试，但仍远远不及传统玻璃光纤的 0.14 dB/km。

微软的收购包括 Lumenisity 位于英国南安普顿的 40,000 平方英尺的制造设施，这被称为全球首个专门生产空心光纤的工厂。然而，技术仍需大幅改进，才能与已有的玻璃光纤网络竞争。

《Nature Photonics》上的突破性研究表明，微软的研究人员将该技术显著改进，成功实现了 0.091 dB/km 的损失，比收购时的技术提升了 25 倍，并首次超越了传统玻璃光纤的性能。

突破几十年来的技术瓶颈

微软这一成就的重要性，在于它突破了光纤性能的传统限制。传统的二氧化硅玻璃光纤已经遇到了性能瓶颈。

“尽管自 1970 年以来，光通信领域取得了持续进展，二氧化硅玻璃光纤的最低衰减值基本保持不变，”研究人员在论文中写道，并指出，二氧化硅光纤的衰减值仅从 1985 年的 0.154 dB/km 改进到 2024 年的 0.1396 dB/km。

空心光纤利用空气作为传输介质，周围是精密设计的玻璃微结构。这种设计使得光信号的传输速度提高了 47%，同时保持了信号质量。研究论文指出：“这种方法不仅减少了衰减和其他信号衰退现象，还提高了传输速度 45%。”

该技术还将色散降低了七倍，论文中提到，这“简化了相干传输系统中收发器的数字信号处理复杂度和能耗”。

潜在的成本节约

性能的提升可能为企业网络带来显著的成本降低。Poletti 说，这项技术的低信号损失意味着网络可以减少昂贵的放大器之间的距离，或以更低的功率水平运行现有放大器。

“完全有可能未来的网络架构能够跳过每两个或三个放大器站点，这将显著减少资本支出和运营支出。”Poletti 解释道。

降低的色散也简化了设备要求。“光纤 6 到 7 倍的色散降低使得收发器的数字信号处理简化，从而降低了复杂度和运营功耗。”他补充道。

行业验证与试验

微软并不是唯一认识到这一技术潜力的公司。其他主要运营商在微软的大规模部署之前，也独立测试了该技术。

2022 年 4 月，Comcast 成为首家部署空心光纤的美国互联网服务提供商，在费城实现了 40 公里的端到端连接。该公司报告称，与传统光纤相比，数据传输速度提高了 150%，延迟降低了 33%。

BT 在其研究设施中进行的 10 公里长度试验，主要用于 5G 网络和量子通信应用。欧洲网络提供商 euNetworks 在伦敦数据中心之间的 45 公里路段上商业化部署了该技术。

制造挑战依然存在

尽管已有成功的试验和微软的商业部署，但大规模生产仍面临显著挑战。“虽然与传统全玻璃光纤相同的基本制造设备被用于生产，但空心光纤的制造过程在本质上是不同的，”Poletti 说。“这需要开发定制的机械设备来实现完全自动化。”

该制造过程需要精确控制约 500 纳米的膜厚度。复杂的嵌套管设计相较于传统光纤生产增加了复杂性，尽管微软正在利用其资源来解决扩展问题。

Poletti 还提到：“金融交易是最早受益的行业，其资金充足的运营商为技术的初步发展做出了贡献。”

应用领域正在向其他高价值领域扩展。“下一阶段的应用可能涉及提高 AI 工作负载的效率，并使数据中心的区域布置更加灵活。”Poletti 说。

市场可用性时间表

微软首先部署了这项技术，但随着生产规模的扩大，整个行业的可用性似乎也在不断提高。“微软是第一个认识到这项技术潜力并信任它的公司，承担了初期开发的风险，”Poletti 说。“然而，随着时间的推移，技术有望进入更广泛的市场，并为整个电信和数据通信生态系统带来益处。”

研究表明，这项技术可以在 700 nm 到 2,400 nm 的波长范围内工作，可能会启用比当前电信系统更广泛的带宽应用。建模结果表明，优化设计可能会实现更低的损失，达到每公里 0.018 dB，并适用于更大的核心设计。

行业变革潜力

研究人员在论文的结论中指出，这一突破“有潜力实现数据通信领域的下一次技术飞跃”。对于面临来自 AI 工作负载和数字化转型的带宽需求增长的企业网络，这项技术提供的性能提升，几年前还看似不可能实现。

“如果我们成功地扩大生产规模，降低制造成本，并建立一个强大的生态系统，我们相信空心光纤技术有潜力改变整个电信行业。”Poletti 说。