空芯光纤并不是新概念，过去 20 多年业界一直在尝试。
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对实芯光纤来说，瑞利散射与波长的四次方成反比，红外吸收损耗则随波长增加而增加，两者交汇形成石英玻璃在 1550 nm 附近的低损耗窗口。
这些窗口由玻璃材料性质决定。C/L 波段成为长距传输主流，是因为 EDFA 和器件生态成熟；O 波段损耗相对较低，但对距离不敏感，多用于短距和多模场景。
高纯石英实芯光纤的理论损耗下限约 0.14 dB/km（1550–1580 nm），过去四十年只改善约 30%，已经接近材料极限。
另一项约束是克尔非线性限制最优入纤功率，超过最优点后，非线性串扰会快速恶化 SNR，功率越高，SNR 下降越明显。
克尔效应来自介质的三阶非线性，空气的非线性折射率远小于石英玻璃。空芯光纤的光场主要在空气中传播，与玻璃的重叠比例大幅降低，因此非线性极低。
最早的方案是 PBGF 光子带隙光纤，依靠周期性微结构包层把光限制在空气纤芯内。
早期研究把衰减从几十 dB/km 降到 1–2 dB/km，标志性成果是在 1550 nm 实现 1.7 dB/km。它的意义在于证明空气纤芯长距离导光可行，玻璃带来的材料吸收与非线性理论上可以抑制。
但 PBGF 工作带宽较窄，对结构扰动敏感，损耗主要来自表面散射，模式纯度也不足。要达到实用传输性能，需要不同的导光机理。
反谐振空芯光纤是重要转折。它依靠纤芯周围薄玻璃膜的反谐振反射约束光场，同时抑制模式耦合。
与 PBGF 相比，这种机制显著降低了光场与玻璃的重叠比例，从而抑制表面散射损耗。
2014 年提出的单嵌套 NANF 设计，在包层中引入嵌套玻璃套管，增强光约束的同时抑制高阶模，此时主要损耗机制转向泄漏和微弯。
泄漏损耗主要来自管壁薄膜的谐振透射：纤芯光到达毛细管壁后，如果波长匹配管壁 F-P 腔的谐振条件，光就会穿透管壁向外泄漏，损耗曲线出现尖峰。
第一代低损耗 NANF 实现 1.3 dB/km 衰减，并完成数据传输验证；后续优化在 C+L 波段达到 0.65 dB/km。
2020 年之后，设计、制造均匀性和测试方法持续迭代，NANF 损耗降到约 0.28 dB/km，接近传统单模光纤水平。
进一步优化光纤几何，例如套管数量和排布，实现约 0.22 dB/km 的纪录损耗，同时提升高阶模抑制能力，工作光谱从通信近红外波段拓展到可见光。
2022 年，双嵌套反谐振无节点光纤 DNANF 增加一层嵌套套管，进一步降低泄漏损耗，允许采用更小纤芯，同时缓解微弯敏感问题。
损耗从 2019 年 C/L 波段的 0.65 dB/km 降到 2022 年双嵌套结构的 0.174 dB/km。
后续 DNANF 经过几何与工艺系统优化，实现低于 0.1 dB/km 的损耗，1550 nm 达到 0.08 dB/km，为当时报道的最低光纤损耗。
分析表明，表面散射损耗大致与纤芯直径的立方成反比，泄漏损耗下降更快；增大纤芯可同时降低这两种损耗，但微弯损耗会上升，
因此每种波长都有最佳纤芯尺寸。按该模型推算，优化后的 DNANF 损耗可低至约 0.04 dB/km，理论极限或许能达到约 0.02 dB/km。
目前来说，空芯光纤的衰减已经突破实芯光纤的本征损耗下限。
再画一个非线性效应下每通道发射功率的对比示意图。
空芯光纤的光在空气中传播，非线性几乎可以忽略，SNR 随功率持续提升，上限主要受放大器和耦合接口噪声约束。
目前已有间隙套管辅助型 DNANF 等新结构用于解决制造难题，放宽结构容差，例如《长飞带支撑管结构的 ST-HCF 空芯光纤》。
总的来说，这些进展已基本消除此前阻碍空芯光纤实际应用的主要障碍；空芯光纤正处在转折点，但尚未成熟。
感谢阅读，若有不准确的地方请见谅！
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