光纖是全球數據通訊的「高速公路」，但傳統石英玻璃光纖雖經過數十年的優化，仍有先天限制：訊號在傳輸過程中會逐漸衰減。一般來說，當光纖訊號傳輸約 20 公里後，便會有一半光線流失，必須依靠光學放大器來補強，才能繼續進行跨洲或海底電纜的長距離傳輸。雖然降低訊號損失的方法已有進展，但通常只能針對特定波長範圍，限制了可承載的數據容量，成為數十年來光纖通訊的瓶頸。

南安普敦大學 Francesco Poletti 團隊近日開發出一種全新設計的光纖，有別於傳統實心玻璃核心，他們在纖芯處引入「中空氣核」，並以精細排列的石英玻璃薄環構成微結構，精準引導光線傳輸。這種「微結構中空光纖」在實驗中展現驚人成效：在常用的通訊波長下，每公里的光學損耗僅 0.091 分貝，意味著訊號在需要增幅前可比現有光纖多傳輸約五成距離。
新光纖能傳得更快 傳超出5成距離

圖比較了新型中空氣核光纖（HCF，藍色曲線）與以往最佳固體玻璃光纖（PSCF，粉色與紫色曲線）的表現。在圖 a 中，HCF 在 1,300 至 1,700 奈米波段的訊號損耗（Loss）明顯低於過去的記錄，最低降到約 0.09 dB/km，代表光能在傳輸中幾乎不流失；圖 b 則顯示 HCF 的色散（Dispersion）極低且穩定，確保資料訊號不會隨距離而嚴重扭曲。這些特性意味著新光纖能傳得更快、更遠，為未來高速網路和跨洲海底電纜帶來突破。圖／《自然光子學》
更重要的是，新光纖展現了前所未見的寬廣傳輸視窗，代表能同時容納更多不同波長的光訊號，以減少失真並提升資料傳輸量。這對因應未來網際網路、雲端運算、人工智慧和物聯網等龐大數據需求，具有突破性意義。研究團隊指出，若進一步增加中空核心直徑並減少吸收性氣體的殘留，光學損耗還能再降低。

研究作者表示，隨著量產技術、結構精準度和純淨度的提升，這類中空微結構光纖有望成為下一代的關鍵導光技術，為光纖通訊帶來革命性飛躍。這不僅有助於提升跨洲際通訊與海底電纜的效率，也可能在資料中心、高速交易及新興的量子網路應用中發揮關鍵作用。這項成果已刊登於《自然光子學》（Nature Photonics），為未來全球資訊傳輸的基礎設施開啟了新篇章。

中空氣核光纖的突破在於它的光訊號主要是在中心的中空管道中傳輸，而不是在玻璃材料中。這項創新帶來了幾項關鍵優勢：

1. 傳輸距離延長：在實驗中，這種新型光纖的訊號衰減量遠低於傳統光纖，使得訊號在需要放大之前，能傳輸的距離比現有光纖增加約 五成。這對於跨洲海底電纜和資料中心的長距離傳輸來說，是一大福音。
2. 低延遲：光在空氣中的傳輸速度比在玻璃中快，因此中空氣核光纖能實現更低的資料傳輸延遲，這對於需要超高速回應的應用（如金融交易）至關重要。
3. 高傳輸量：中空氣核光纖能容納更寬廣的光譜，意味著可以同時傳輸更多不同波長的光訊號，進而大幅提升資料傳輸的總容量。

儘管中空氣核光纖展現出巨大的潛力，但在大規模商業化上仍面臨挑戰，主要在於較高的製造成本和安裝難度。不過，隨著各國企業與研究機構的積極投入，這項技術有望成為 6G、量子通訊 以及 人工智慧 時代的核心基礎設施，徹底改變全球資料傳輸的格局。