La transmisión de datos de fibra óptica se puede mejorar significativamente produciendo las fibras, hecho de vidrio de sílice, bajo alta presión, investigadores de Japón y Estados Unidos informan en la revista Materiales computacionales npj .

Usando simulaciones por computadora, investigadores de la Universidad de Hokkaido, La Universidad Estatal de Pensilvania y sus colaboradores de la industria muestran teóricamente que la pérdida de señal de las fibras de vidrio de sílice se puede reducir en más del 50 por ciento. lo que podría ampliar drásticamente la distancia a la que se pueden transmitir los datos sin necesidad de amplificación.

"Mejoras en el vidrio de sílice, el material más importante para la comunicación óptica, se han estancado en los últimos años debido a la falta de comprensión del material a nivel atómico, ", dice el profesor asociado Madoka Ono del Instituto de Investigación de Ciencias Electrónicas (RIES) de la Universidad de Hokkaido." Nuestros hallazgos ahora pueden ayudar a guiar futuros experimentos físicos y procesos de producción, aunque será técnicamente desafiante ".

Las fibras ópticas han revolucionado el ancho de banda alto, comunicación de larga distancia en todo el mundo. Los cables que transportan toda esa información están hechos principalmente de finos hilos de vidrio de sílice, un poco más grueso que un cabello humano. El material es fuerte, flexible y muy bueno transmitiendo información, en forma de luz, a bajo costo. Pero la señal de datos se agota antes de llegar a su destino final debido a la dispersión de la luz. Se utilizan amplificadores y otras herramientas para contener y transmitir la información antes de que se disperse, asegurándose de que se entregue con éxito. Los científicos buscan reducir la dispersión de la luz, llamado dispersión de Rayleigh, para ayudar a acelerar la transmisión de datos y acercarnos a la comunicación cuántica.

Ono y sus colaboradores utilizaron múltiples métodos computacionales para predecir qué sucede con la estructura atómica del vidrio de sílice a alta temperatura y alta presión. Encontraron grandes vacíos entre los átomos de sílice que se forman cuando el vidrio se calienta y luego se enfría. que se llama extinción, a baja presión. Pero cuando este proceso ocurre por debajo de 4 gigapascales (GPa), la mayoría de los grandes huecos desaparecen y el vidrio adquiere una estructura de celosía mucho más uniforme.

Específicamente, los modelos muestran que el vidrio sufre una transformación física, y los anillos más pequeños de átomos se eliminan o "podan" permitiendo que los anillos más grandes se unan más estrechamente. Esto ayuda a reducir la cantidad de huecos grandes y el tamaño medio de los huecos, que provocan la dispersión de la luz, y reducir la pérdida de señal en más del 50 por ciento.

Los investigadores sospechan que se pueden lograr mejoras aún mayores utilizando una velocidad de enfriamiento más lenta a una presión más alta. El proceso también podría explorarse para otros tipos de vidrio inorgánico con estructuras similares. Sin embargo, realmente es muy difícil fabricar fibras de vidrio bajo presiones tan altas a escala industrial.

"Ahora que conocemos la presión ideal, Esperamos que esta investigación ayude a impulsar el desarrollo de dispositivos de fabricación de alta presión que puedan producir este vidrio de sílice ultra transparente. "Ono dice.