文/John Wallace

根据北海道大学、宾夕法尼亚州立大学的研究人员及行业合作者进行的计算机模拟，通过在4GPa（约四万个大气压）的高压下制备石英（SiO2）玻璃光纤，可以显著改善光纤的数据传输性能。^[1]结果表明，用这种方法制备的石英玻璃光纤，其传输信号的损耗可以降低50％以上，这将大大延伸在无需放大的情况下，数据的可传输距离。如果这种方法切实可行，它无疑将是光纤行业的一个巨大进步。

北海道大学电子科学研究所（RIES）的副教授Madoka Ono说：“尽管从技术上来说，这种方法将具有挑战性，但我们的发现已经可以帮助指导未来的物理实验和生产工艺。”

科学家们正在寻求方法降低光纤中的瑞利光散射，以帮助加速数据传输（并进一步接近量子通信）。Madoka Ono和她的合作伙伴使用多种计算方法来预测高温高压下，石英玻璃的原子结构会发生什么变化。他们发现，在加热玻璃然后在低压下冷却（淬火）时，石英原子之间会形成大的空隙。但是当此工艺在4GPa下完成时，大多数大的空隙消失了，玻璃呈现出均匀得多的晶格结构。

具体而言，模型显示玻璃经历了物理转变，较小环的原子被消除或“修剪”，从而使较大的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尺寸（这些空隙会导致瑞利散射），从而使信号损耗降低50％以上。

研究人员推测，在较高压力下使用较低的冷却速率，甚至可以实现更大的改进。对于具有相似结构的其他类型的无机玻璃，也可以探索该工艺。但是，实际上很难在如此高压下以工业规模制造玻璃光纤。

Madoka Ono说：“现在我们知道理想的压力，我们希望这项研究将有助于推动‘能够生产这种超透明石英玻璃的高压制造设备’的发展。”

Madoka Ono来自北海道大学RIES纳米结构功能材料实验室。她主要关注通过实验室实验和计算分析来研究无机玻璃和石英玻璃的性能。

参考文献

1. Yongjian Yang et al., npj Computational Materials, (September 17, 2020); doi: 10.1038/s41524-020-00408-1.