Snabb, noggrann kommunikation över hela världen är möjlig via fiberoptiska kablar, men hur bra som helst, de är inte perfekta. Nu, forskare från Penn State och AGC Inc. i Japan föreslår att kiselglaset som används för dessa kablar skulle ha mindre signalförlust om det tillverkades under högt tryck.

"Signalförlust betyder att vi måste använda förstärkare var 80 till 100 kilometer (50 till 62 miles), sade John C. Mauro, professor i materialvetenskap och teknik, Penn State. "Efter det avståndet, signalen skulle inte detekteras ordentligt. Över kontinenter eller över oceaner blir det en stor grej. "

Glasfibrer tappar signalstyrkan på grund av Rayleigh -spridning - spridning av ljus som kommer från fluktuationer i glasets atomstruktur.

"Glas, i atomskala, är heterogen, " sade Mauro. "Den har en öppen porositet på atomär skala som uppstår slumpmässigt."

Trådarna i fiberoptiska kablar är gjorda av kiselglas med ultrahög renhet.

"Historiskt sett det största genombrottet var upptäckten som ledde till den ursprungliga optiska fibern – hur man blir av med vattnet i glaset, "sa Mauro.

Normalt har glas mycket vatten som absorberar signalen vid de frekvenser som vanligtvis används för telekommunikation. Genom att använda en modifierad form av kemisk ångavsättning, fibrerna kunde göras fria från vatten. Men, som nästan allt glas, optiska fibrer tillverkas vid omgivningstryck.

Mauro och hans team använde molekylära simuleringar för att undersöka effekterna av tryck vid tillverkning av optiska fibrer. De rapporterade sina resultat i npj Beräkningsmaterial . Simuleringarna visade att med hjälp av trycksläckning av glaset, Rayleigh-spridningsförlusten kan minskas med mer än 50 %.

Tryckbehandling av glaset skulle göra materialet mer homogent och minska de mikroskopiska hålen i strukturen. Detta skulle skapa ett material med högre densitet med mindre variation.

"Vi letade efter de oberoende processerna som kan kontrollera medelvärde och varians, ", sa Mauro. "Vi insåg att tryckdimensionen inte hade undersökts tidigare."

Mauros arbete är en molekylär simulering, men Madoka Ono från AGC Inc.:s Materials Integration Laboratories, som är docent vid Research Institute for Electronic Science vid Hokkaido University i Japan, testade bulkbitar av kiseldioxidglas och fann att resultaten matchade simuleringen.

"Det optimala trycket vi hittade var 4 gigapascal, "sa Mauro." Men det finns fortfarande en processutmaning som måste hanteras. "

För att tillverka optisk fiber under tryck, glaset skulle behöva formas och kylas under tryck medan det är i glasövergångsfasen – temperaturerna när glaset är klibbigt, inte fast och inte riktigt flytande. För att göra detta krävs en tryckkammare som kan 40, 000 atmosfärer.