空芯光纤在海底光缆系统中的应用前景
一、引言
本文系统梳理空芯光纤在海底光缆场景下的应用前景与现实瓶颈，从技术机理、前沿科研成果、产业化落地现状多维度展开分析，为学术界与产业界开展该交叉领域研究提供参考依据。
二、应用前景
（一）跨洋长距链路实现无中继传输革新
现有跨洋海底光缆每隔数十至上百公里就必须布设水下中继器，用来补偿光信号衰减。水下中继设备造价高昂、水下施工难度大，并且需要依托海缆本体远程供电，供电容量不足已经成为制约海缆系统扩容的核心瓶颈。
空芯光纤为破解中继难题提供了全新解决方案。2025 年，都灵理工大学与南安普顿大学联合在 ECOC 会议发表研究成果，论证了 DNANF 空芯光纤搭建跨大西洋海缆的可行性。测算结果显示，单段无中继传输跨距可以提升至 200 km 级别，能够大量精简甚至取消水下中继单元，不仅大幅压缩建设成本，还彻底缓解供电资源紧张这一制约海缆吞吐量提升的关键短板。
2026 年 OFC 大会公布的实测数据进一步验证了方案可行性：借助超低损耗空芯光纤，科研团队在 6660 km 超长距离上实现 21.7 Tb/s 净传输速率，单跨传输距离达到 266 km，整条链路仅需部署不到 30 个中继器。这项成果被视作海底通信的技术范式革新：未来跨太平洋、跨大西洋主干海缆有望大量削减水下中继设备，系统稳定性与全生命周期经济性同步跃升。
（二）单纤传输容量迎来量级突破
在 AI 与大数据业务爆发的当下，跨洋带宽需求持续高速增长。传统实芯光纤受非线性效应限制，单纤容量增长已经进入瓶颈期，边际收益持续走低。空芯光纤凭借极低的非线性损伤，支持更高的入纤功率与更密集的波分复用配置，为突破容量天花板创造了先决条件。
Poggiolini 团队提出了一套完整实施方案：在标准外径的海底光缆内布设 26 根 DNANF 空芯光纤，结合双向传输架构与概率星座整形高端收发机，单方向总吞吐能力可达 1 Pb/s，远超当前最先进的传统海缆系统。
国内运营商也同步开展大规模实地验证。2025 年，中国移动与微软分别搭建万公里级空芯光纤环路传输试验，成功打破实芯光纤的物理传输边界，充分验证了空芯光纤在千公里级超大容量干线传输中的应用潜力。
（三）时延优化落地金融跨境专线场景
空芯光纤带来约 31% 的时延缩减，在跨洋通信场景下收益十分可观。以总长 12000 km 的跨太平洋链路为例，采用空芯光纤可将单向传输时延缩短 18 ms。对于高频证券交易业务，毫秒级时延差距直接决定市场竞争优势。
中国联通率先完成商用落地：2025 年 10 月，联通建成深圳 — 香港将军澳智云数据中心 — 港交所的空芯光纤互联专线，端到端时延降低 32%，成为全球首个打通 “海缆出口 + 数据中心 + 金融交易枢纽” 的空芯光纤商用案例。长飞光纤协助中国电信建成全长 110 km 的跨境空芯光缆，打通东莞与香港两大证券交易中心，双向传输时延低至 0.93 ms，创下同类跨境专线时延新低。上述试点成果，为空芯光纤从近海跨境链路向深海长距离干线拓展积累了工程经验。
（四）推动海底通信与海洋分布式传感一体化融合
空芯光纤独特的中空结构，还让海底光缆跳出单纯数据传输的定位，拓展出一体化传感新能力。随着分布式声波传感（DAS）技术日趋成熟，海底通信光缆可同时充当大范围分布式感知网络，用于地震监测、海啸预警、海洋声学观测等海洋防灾与生态监测业务。得益于空气纤芯与外部环境独特的耦合特性，空芯光纤在传感灵敏度与多场景适配能力上更具优势。业内专家预判，空芯光纤的价值将不再局限于通信领域，还将延伸至海洋探测、激光传输等新兴赛道。
三、产业化落地面临的核心瓶颈
（一）高昂成本制约规模化推广
价格是空芯光纤大规模商用的首要阻碍。从国内运营商集采招标数据来看，空芯光纤价格虽持续下行：2025 年广东移动采购单价约 3.6 万元 / 芯公里；2026 年宁夏移动降至 3 万元 / 芯公里；同年重庆万州项目集采价格进一步回落至 2 万～2.5 万元 / 芯公里，当前市场成交均价稳定在 2.5 万～3.6 万元 / 芯公里区间。即便价格持续走低，对比常规 G.652D 单模光纤（2026 年单价仅 85～120 元 / 芯公里），价差依然高达数百倍。跨洋海缆项目动辄需要数千乃至上万公里光纤，巨大的成本差距会被进一步放大，短期难以实现大范围铺设。
（二）工程化与长期可靠性难题
海底光缆要求光纤能够承受深海高压环境，连续稳定服役 20 年以上，空芯光纤在工程应用中存在多项独有技术难题：
水汽侵入防护：一旦光纤破损，海水与水汽会渗入中空纤芯，直接造成传输性能劣化，气密性封装技术亟待完善；
气体吸收峰干扰：在 C+L 通信波段，纤芯内残留二氧化碳会形成窄带吸收峰，造成波分复用信号频谱凹陷，影响系统稳定性，需要优化管内气体组分与密封工艺；
连续拉丝长度不足：传统单模光纤单次拉丝长度可达上万公里，而空芯光纤拉制工艺复杂，拉丝长度长期受限。2026 年长飞光纤在 OFC 发布新成果，单段拉丝长度提升至 91.2 km，较 2025 年提升 3 倍；领纤科技推出 IT-DNANF 结构，实现 83 km 连续拉丝 + 0.052 dB/km 超低损耗双重突破。尽管技术进步明显，但距离普通单模光纤的超长拉丝水平仍有巨大差距；
熔接与测试技术不成熟：空芯光纤与实芯光纤之间的熔接工艺、OTDR 在线监测手段尚未定型，现场施工很难稳定控制熔接损耗，同时还要保障接头气密性，施工效率与运维难度居高不下。
（三）标准体系与产业生态尚不健全
空芯光纤技术正处于产业化窗口期，但行业标准建设严重滞后。当前光纤结构设计、核心技术参数尚未形成统一规范；配套的宽谱光放大、高功率光注入等配套光器件技术仍有待突破。在海缆专项应用领域，ITU 等国际标准化组织尚未出台空芯光纤海缆的技术规范，光纤选型、系统设计、出厂测试、运维检测等全流程标准均处于空白状态。
与此同时，空芯光纤海缆上下游产业链还处于起步阶段，光纤制造企业、海缆厂商、系统集成商与运营商之间缺乏成熟协同机制，尚未形成传统海缆产业分工明确、配套完善的产业生态。
目前标准化工作已经加速推进：中国通信标准化协会（CCSA）自 2022 年起陆续立项 5 项相关课题，2026 年 2 月新增空芯光纤测试方法专项标准；ITU-T SG15 工作组开放空芯光纤研讨议题，计划在 2026 年发布首份技术研究报告。
（四）面临多条技术路线的市场竞争
海缆扩容升级并非只有空芯光纤一条技术路径。2026 年 OFC 大会上，NTT 发布 192 芯多芯光纤（MCF）海底光缆系统，在单根光缆内集成多组纤芯，在不改动现有海缆结构的前提下实现容量倍增，规划 2029 年正式商用。多芯光纤依托成熟的石英光纤制造工艺，产业化落地节奏大概率快于空芯光纤。
空芯光纤产业必须平衡性能优势与产业化进度，在中长期市场中，大概率会与多芯光纤等新技术形成互补共存的竞争格局。
四、技术演进路径与产业发展展望
中长期来看，空芯光纤在海底光缆中的落地将遵循 “由近及远、从试点到主干” 的渐进式路线。
短期（未来 3～5 年）：优先布局近海跨境高价值专线
空芯光纤将率先在区域性近海海缆、跨境短距离链路完成试点部署，典型场景包括粤港澳大湾区、新加坡 — 东南亚数据中心互联与高频金融专线。这类场景光纤敷设总量有限、施工环境可控，时延降低带来的经济效益可以直接量化，是空芯光纤商业化起步的最优市场。
中期（5～10 年）：逐步切入跨洋海缆分段部署
随着单段拉丝长度突破百公里大关、损耗稳定控制在 0.05 dB/km 以内，叠加制造成本持续下行，空芯光纤将逐步进入跨洋主干海缆项目。初期大概率采用混合组网方案：保留大部分传统实芯光纤，仅在关键传输跨段替换为空芯光纤，用有限投入换取超低时延与超大带宽能力。2026 年已有研究团队针对项目投资约束，给出空芯光纤跨段在光传送网中的最优布设方案。
长期（10 年以上）：成为下一代跨洋海缆主流介质
如果空芯光纤彻底解决气密性、长期可靠性与成本痛点，建成完整的标准规范与上下游产业生态，有望全面替代传统石英光纤，成为新一代跨洋海底光缆的主流传输载体。更具颠覆性的发展方向是实现通信与传感一体化：空芯光纤不再仅仅作为数据传输管道，升级为覆盖全球海域的海洋智能感知网络，支撑地震海啸预警、气候变化监测、海洋生态保护等海洋治理业务。
当前，我国已经搭建起完整的空芯光纤产业集群，长飞光纤、亨通光电、烽火通信、中天科技等头部企业均完成技术布局，多款产品已经拿到运营商集采订单。海外产业同样加速布局：微软收购 Lumenisity 公司，并联合康宁、贺利氏推进空芯光纤量产。全球资本与研发资源持续投入，正在推动空芯光纤走出实验室，逐步走向深海海底光缆工程。
五、结语
空芯光纤为海底光缆系统代际升级打开了全新空间。产业还需要逐一攻克成本居高不下、工程可靠性不足、标准体系缺位、产业链协同不足等一系列难题。依托国内完善的空芯光纤技术研发与产业化基础，叠加全球产学研协同创新，未来十年空芯光纤将稳步从金融跨境专线等高价值场景，逐步渗透至跨洋主干海缆领域，推动全球海底数字基础设施迎来新一轮技术跃迁。
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