日本和美國的研究人員在《npj Computational Materials》雜志上發(fā)表報告說，通過在高壓下生產(chǎn)由石英玻璃制成的光纖，可以顯著改善光纖數(shù)據(jù)傳輸。

通過計算機模擬，北海道大學(xué)、賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員和他們的行業(yè)合作者理論上表明，二氧化硅玻璃纖維的信號損耗可以減少50%以上，這可以大大延長數(shù)據(jù)在不需要放大的情況下傳輸?shù)木嚯x。

北海道大學(xué)電子科學(xué)研究所（RIES）的副教授小野道彥（Madoka Ono）說：“近年來，由于缺乏對材料在原子水平上的了解，硅玻璃這種最重要的光通信材料的改進已經(jīng)停滯?！蔽覀兊难芯拷Y(jié)果現(xiàn)在可以幫助指導(dǎo)未來的物理實驗和生產(chǎn)過程，盡管這在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性?！?/p>

光纖給全世界的高帶寬、長距離通信帶來了革命性的變化。承載所有這些信息的電纜主要是由石英玻璃制成的細線，比人的頭發(fā)稍粗。這種材料堅固、靈活，并且非常善于以光的形式傳輸信息，成本低廉。但是由于光被散射，數(shù)據(jù)信號在到達最終目的地之前會逐漸消失。放大器和其他工具被用來在信息散開之前容納和傳遞信息，確保信息被成功傳遞。科學(xué)家們正在尋求減少被稱為瑞利散射的光散射，以幫助加速數(shù)據(jù)傳輸并向量子通信靠攏。

小野和她的合作者使用多種計算方法來預(yù)測高溫高壓下硅玻璃的原子結(jié)構(gòu)會發(fā)生什么變化。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玻璃在低壓下加熱然后冷卻時，二氧化硅原子之間會形成大的空隙，這就是所謂的淬火。但當(dāng)這個過程發(fā)生在4千兆帕（GPa）以下時，大部分大的空穴消失，玻璃呈現(xiàn)出更加均勻的晶格結(jié)構(gòu)。

具體地說，模型顯示玻璃經(jīng)歷了一次物理轉(zhuǎn)變，更小的原子環(huán)被消除或“修剪”，使得較大的原子環(huán)能夠更緊密地結(jié)合在一起。這有助于減少導(dǎo)致光散射的空穴的數(shù)量和平均尺寸，并將信號損失減少50%以上。

研究人員懷疑，在更高的壓力下，使用較慢的冷卻速度可以實現(xiàn)更大的改進。該工藝也可用于其他具有類似結(jié)構(gòu)的無機玻璃。然而，在如此高的壓力下以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)玻璃纖維是非常困難的。

“現(xiàn)在我們知道了理想的壓力值，我們希望這項研究將有助于推動高壓制造設(shè)備的發(fā)展，這種設(shè)備可以生產(chǎn)這種超透明的石英玻璃，”小野說。
責(zé)任編輯:tzh