Infraestrutura de TI: A fibra óptica “Oca” (Hollow-Core) já é realidade?

Infraestrutura de TI:
A fibra óptica “Oca” (Hollow-Core) já é realidade?

por Juliano Heinzelmann Reinert

A comunicações de dados é utilizada no nosso dia-a-dia, muitas vezes sem perceber.
O volume desse tráfego de dados é essencial para funcionar bem a sociedade atual e continua aumentando. Para dar suporte a esse tráfego de dados, precisamos transmitir mais dados e em velocidades cada vez mais rápidas.

A tecnologia Hollow-Core representa uma inovação significativa no campo das fibras ópticas e promete transformar a forma como os dados são transmitidos em redes de comunicação.

Diferente das fibras ópticas tradicionais, que possuem um núcleo sólido, as fibras Hollow-Core utilizam um núcleo oco, o que oferece várias vantagens em termos de desempenho e eficiência. Isso proporciona características únicas, como latência ultrabaixa, baixa não-linearidade, e elevada confiabilidade, além de menor sensibilidade à curvatura.

A principal inovação está na capacidade de reduzir a latência de transmissão em até 30%, algo relevante para setores financeiros, datacenters e 5G. Aplicações emergentes como condução autônoma e cirurgias remotas também podem se beneficiar dessas melhorias, já que a latência pode ser crítica para a performance em tempo real.

Hoje em dia, a fibra óptica com núcleo de vidro suporta redes de telecomunicações, mas para atingir maior desempenho e maiores volumes de dados em telecomunicações de próxima geração, o desenvolvimento da “Hollow Core Fiber”, que tem um núcleo oco, está recebendo maior atenção.

A estrutura interna foi fundamentalmente alterada para utilizar totalmente as características intrínsecas da luz. Comparada à fibra óptica atual que usa duas camadas de vidro com diferentes índices de refração, a fibra de núcleo oco tem um núcleo oco (ar) que confina e transmite luz com base em um novo princípio. A estrutura desta fibra de núcleo oco foi estudada por várias décadas, mas foi desafiador obter implementação prática devido a uma série de problemas técnicos. Finalmente, "modo único" e "cabeamento, conectorização" foram realizados, e foi possível passar para a fase do projeto de demonstração.

Figura: Estrutura da fibra óptica oca
Fonte: Furukawa Electric Co.

Sobre o funcionamento, somente o núcleo central transmite a luz, as demais partes da fibra óptica em colmeia servem para manter o confinamento da luz e a propagação adequada, conforme explica Hernani Szymanski da Furukawa.

Comparado à fibra óptica que usa um núcleo de vidro com alto índice de refração para confinar a luz, a Hollow Core Fiber é uma fibra revolucionária que confina a luz em um núcleo (oco) com baixo índice de refração. Usando o revestimento para criar uma estrutura de matriz de núcleo oco padrão, enquanto a luz só poderia ser confinada em um núcleo com alto índice de refração, a nova fibra realiza um princípio completamente novo de confinamento de luz em um núcleo oco com baixo índice de refração. Além disso, utilizando uma estrutura de núcleo oco original chamada “side core”, é possível confinar apenas a luz necessária para transmissão no núcleo oco.

Segundo a Furukawa, a Hollow Core Fiber tem três grandes méritos:

Primeiro, reduz a latência. Com a fibra de núcleo de vidro existente, ocorre uma latência de cerca de 4,9 microssegundos para cada 1 km de luz transmitida. Isso pode parecer um pequeno período de tempo, mas em um mundo competindo para transmitir dados ao redor do mundo em microssegundos, como supercomputadores, bem como no mundo da direção autônoma e medicina remota, onde a velocidade de transmissão tem um impacto direto na vida e na morte, esses atrasos de microssegundos devem ser eliminados. A Hollow Core Fiber tem uma latência de cerca de 3,3 microssegundos por quilômetro, uma redução de cerca de 30% em comparação com a fibra de núcleo de vidro. Espera-se que a comercialização da Hollow Core Fiber desempenhe um papel importante no suporte ao ambiente de telecomunicações de próxima geração.

O segundo mérito é a “capacidade de suportar alta potência”. É possível inserir 1000 vezes mais potência em comparação com a fibra de núcleo de vidro. Inserir muita potência em uma fibra de núcleo de vidro pode danificar o núcleo ou levar à ocorrência de “fenômeno de não linearidade” resultante da interrupção da forma de onda causada pela deformação da forma da linha. No entanto, no caso da fibra de núcleo oco, como o núcleo é ar, é possível inserir luz com densidade de energia 1000 vezes maior sem danificar o núcleo.

O terceiro mérito é “perda extremamente baixa”. Como o núcleo é ar, é possível diminuir ainda mais a perda da luz transmitida. Os dois primeiros méritos chegaram à fase de projeto de demonstração e, embora ainda haja muitos problemas restantes em relação ao terceiro mérito de baixa perda, melhorias estão sendo feitas, com bons resultados sendo alcançados.

Esta tecnologia Hollow Core Fiber foi selecionada para o “Projeto de P&D para tecnologia avançada de comunicações ópticas que contribui para a realização de uma sociedade verde” do Ministério de Assuntos Internos e Comunicações do Japão em 2022, a pesquisa e o desenvolvimento estão sendo conduzidos em parceria com instituições externas. Além disso, a Furukawa Electric fez uma parceria com a Universidade Keio em novembro de 2023 para instalar esta fibra no laboratório aberto de rede fotônica do futuro “Keio Future Photonic Network Open Lab” para criar uma rede de várias centenas de metros de comprimento conectando vários edifícios. O laboratório é o primeiro laboratório de inovação aberta do mundo onde é possível usar esta nova fibra óptica em um ambiente semelhante ao mundo real.

Embora a Hollow Core Fiber tenha méritos extremamente atraentes, os obstáculos tecnológicos para concretizar essa fibra eram muito altos. A Furukawa Electric trabalhou incansavelmente para desenvolver a fibra e, ao superar problemas relacionados ao cabeamento e à conexão, foi possível atingir o nível de projeto de demonstração no qual a fibra pode ser usada em um ambiente quase real.

Até hoje, apenas a Furukawa e uma outra empresa no mundo concretizaram a tecnologia para cabeamento de Hollow Core Fiber.

Esta tecnologia Hollow-Core é vista como uma das principais inovações no setor de redes de comunicação. Sua capacidade de oferecer alta velocidade e eficiência torna-a ideal para aplicações futuras, onde a demanda por largura de banda e baixa latência é cada vez maior.

A tecnologia pode ter um impacto significativo em áreas como a computação em nuvem e o processamento de grandes volumes de dados, onde a eficiência na transmissão de dados é crucial.

A tecnologia Hollow-Core está posicionada para desempenhar um papel fundamental na evolução das redes de comunicação. Com suas vantagens em termos de velocidade, eficiência e baixa perda de sinal, ela oferece uma solução promissora para atender às crescentes demandas do mundo digital. À medida que a tecnologia continua a evoluir, podemos esperar que ela se torne uma parte integrante das infraestruturas de comunicação de próxima geração.

Para finalizar gostaria de agradecer as informações da Furukawa Japão, que compartilha sempre muitas informações no próprio site, também ao Hernani Szymanski da Furukawa, Jony W. Zatariano da Furukawa, Manuela Pereira de Aviz da Softsell que sempre estão comprometidos com o conhecimento e informação inovadora, também a todos entusiastas da área de TI que querem aprender e se atualizar com as últimas novidades.