在压力下形成光纤推动光传输

日美研究小组展示硅光纤信号损耗可降低50%
 

当硅玻璃在压力下形成时硅空隙（黄色）有所减少。Yongjian Yang等供图。

日本和美国研究人员在《Computational Materials》中报告说在高压力条件下制造由硅玻璃制成的光纤可明显改善光纤数据传输。通过计算器模拟，Hokkaido University、Pennsylvania State University和工业界合作的研究人员在理论上表明硅玻璃光纤的信号损耗可减少50%以上，从而明显延长数据传输的距离而无需信号放大。

来自Hokkaido University的电子科学研究所(RIES)副教授Madoka Ono说：“近年来，由于对原子层材料缺乏了解，硅玻璃作为光通信最重要的材料，它的改进工作停滞不前。我们的发现可以帮助指导未来的物理实验和生产过程，尽管这在技术上是具有挑战性的。” 因为光散射的影响，数据信号在多个光纤传播时，到达最终目的地之前会逐渐损耗消失。科学家们正在寻找办法减少光散射，即瑞利散射，这样可以帮助加速数据传输并支持量子通信。

Ono和她的合作者使用多种计算方法预测硅玻璃在高温高压下原子结构的变化。他们发现在低压下当玻璃被加热然后冷却时，硅原子之间形成较大的空隙，这被称为淬火。但是当这个过程发生在4吉帕斯卡 (GPa)下时，大多数大空隙消失，玻璃呈现更均匀的晶格结构。具体来说，模型显示玻璃在物理转换下,消除或者修剪了更小的原子环，从而允许更大的原子环更紧密地连接在一起。这有助于减少大空隙的数量和空隙的平均大小，这是导致光散射的主要原因。通过这种方法，传输信号的损耗减少了 50% 以上。

可能实现更大的提高

研究人员猜想在高压力下使用较慢的冷却速度可以获得更大的改进。研究人员也可以在具有类似结构的其它类型无机玻璃上探索这一工艺。然而在如此高压并在工业规模下制造玻璃光纤是非常困难的。

Ono补充说，“现在我们知道了理想的压力条件，我们希望这项研究将有助于推动高压制造器件的进一步发展，因此可以生产这种超透明的硅玻璃。”

Madoka Ono在Hokkaido University RIES纳米结构功能材料实验室（Laboratory of Nanostructured Functional Materials工作。她的研究主要集中在通过实验室实验和计算分析研究硅玻璃以及其它无机玻璃的特性。这项工作得到了AGC和宾夕法尼亚州立大学网络科学高级网络基础设施研究所(ICS-ACI)的支持。