De datatransmissie van optische vezels kan aanzienlijk worden verbeterd door de vezels te produceren, gemaakt van silicaglas, onder hoge druk, onderzoekers uit Japan en de VS rapporteren in het tijdschrift npj Computational Materials .

Met behulp van computersimulaties, onderzoekers van Hokkaido University, De Pennsylvania State University en hun branchegenoten laten theoretisch zien dat signaalverlies van silicaglasvezels met meer dan 50 procent kan worden verminderd, die de afstand drastisch zou kunnen vergroten, gegevens kunnen worden verzonden zonder dat versterking nodig is.

"Verbeteringen in silicaglas, het belangrijkste materiaal voor optische communicatie, zijn de afgelopen jaren tot stilstand gekomen door een gebrek aan begrip van het materiaal op atomair niveau, ", zegt universitair hoofddocent Madoka Ono van het Research Institute of Electronic Science (RIES) van de Hokkaido University. "Onze bevindingen kunnen nu helpen bij toekomstige fysieke experimenten en productieprocessen, hoewel het technisch uitdagend zal zijn."

Optische vezels hebben een revolutie teweeggebracht in hoge bandbreedte, lange afstand communicatie over de hele wereld. De kabels met al die informatie zijn voornamelijk gemaakt van fijne draden van silicaglas, iets dikker dan een mensenhaar. Het materiaal is sterk, flexibel en zeer goed in het overbrengen van informatie, in de vorm van licht, tegen lage kosten. Maar het datasignaal vervaagt voordat het zijn eindbestemming bereikt door verstrooiing van het licht. Versterkers en andere hulpmiddelen worden gebruikt om de informatie te bevatten en door te geven voordat deze zich verspreidt, ervoor te zorgen dat het met succes wordt afgeleverd. Wetenschappers proberen lichtverstrooiing te verminderen, genaamd Rayleigh-verstrooiing, om de gegevensoverdracht te versnellen en dichter bij kwantumcommunicatie te komen.

Ono en haar medewerkers gebruikten meerdere rekenmethoden om te voorspellen wat er gebeurt met de atomaire structuur van silicaglas onder hoge temperatuur en hoge druk. Ze ontdekten dat er grote holtes tussen silica-atomen ontstaan ​​wanneer het glas wordt opgewarmd en vervolgens afgekoeld. wat uitdoving wordt genoemd, onder lage druk. Maar wanneer dit proces plaatsvindt onder de 4 gigapascal (GPa), de meeste grote holtes verdwijnen en het glas krijgt een veel uniformere roosterstructuur.

specifiek, de modellen laten zien dat het glas een fysieke transformatie ondergaat, en kleinere ringen van atomen worden geëlimineerd of "gesnoeid", waardoor grotere ringen dichter bij elkaar kunnen komen. Dit helpt om het aantal grote holtes en de gemiddelde grootte van holtes te verminderen, die lichtverstrooiing veroorzaken, en het signaalverlies met meer dan 50 procent verminderen.

De onderzoekers vermoeden dat nog grotere verbeteringen mogelijk zijn met een lagere afkoelsnelheid bij hogere druk. Het proces zou ook kunnen worden onderzocht voor andere soorten anorganisch glas met vergelijkbare structuren. Echter, het daadwerkelijk maken van glasvezels onder zulke hoge drukken op industriële schaal is erg moeilijk.

"Nu we de ideale druk kennen, we hopen dat dit onderzoek zal bijdragen aan de ontwikkeling van hogedrukproductieapparatuur die dit ultratransparante silicaglas kan produceren, ' zegt Ono.