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

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

北海道大學電子科學研究所（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停滯。”我們的研究結果現在可以幫助指導未來的物理實驗和生產過程，盡管這在技術上具有挑戰性。”

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，數據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，以幫助加速數據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測高溫高壓下硅玻璃的原子結構會發生什么變化。他們發現，當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。但當這個過程發生在4千兆帕（GPa）以下時，大部分大的空穴消失，玻璃呈現出更加均勻的晶格結構。

具體地說，模型顯示玻璃經歷了一次物理轉變，更小的原子環被消除或“修剪”，使得較大的原子環能夠更緊密地結合在一起。這有助于減少導致光散射的空穴的數量和平均尺寸，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更大的改進。該工藝也可用于其他具有類似結構的無機玻璃。然而，在如此高的壓力下以工業規模生產玻璃纖維是非常困難的。

“現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備的發展，這種設備可以生產這種超透明的石英玻璃，”小野說。
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