Serat yang terbuat dari kaca silika di bawah tekanan tinggi dapat meningkatkan transmisi data serat optik secara signifikan.
Hal itu terungkap oleh sekelompok peneliti dari Jepang dan Amerika Serikat yang menerbitkan penelitiannya di jurnal “npj Computational Materials.”
Menggunakan simulasi komputer, para peneliti di Hokkaido University, The Pennsylvania State University, dan kolaborator industri secara teoretis menunjukkan bahwa kehilangan sinyal pada serat kaca silika dapat dikurangi hingga lebih dari lima puluh persen.
Hal ini mampu memperpanjang jarak data yang dapat dikirim tanpa perlu amplifikasi.
“Perbaikan kaca silika, bahan terpenting untuk komunikasi optik, telah terhenti dalam beberapa tahun terakhir karena kurangnya pemahaman tentang materi pada tingkat atom,” kata Associate Professor Madoka Onodi Hokkaido University, dikutip dari Eurekalert.
“Temuan kami sekarang dapat membantu memandu eksperimen fisik dan proses produksi di masa depan, meskipun secara teknis akan menantang.”
Serat optik telah merevolusi komunikasi pita lebar tinggi dan jarak jauh di seluruh dunia. Kabel itu sebagian besar terbuat dari benang halus kaca silika, yang sedikit lebih tebal dari rambut manusia.
Ia berbahan kuat, fleksibel dan sangat baik untuk menyampaikan informasi atau data dalam bentuk cahaya dengan biaya rendah. Namun, sinyal data sering kali mereda sebelum mencapai tujuan akhirnya karena cahaya telah tersebar.
Alat amplifikasi dan alat lainnya memang digunakan untuk menampung dan menyampaikan informasi sebelum tersebar, yang memastikannya berhasil dikirim.
Para peneliti berusaha untuk mengurangi hamburan cahaya, yang disebut hamburan Rayleigh, untuk membantu mempercepat transmisi data dan bergerak lebih dekat menuju komunikasi kuantum.
Ono dan rekannya menggunakan beberapa metode komputasi untuk memprediksi apa yang terjadi pada struktur atom kaca silika di bawah suhu dan tekanan tinggi.
Mereka menemukan rongga besar antara atom silika yang terbentuk saat kaca dipanaskan dan kemudian didinginkan, yang disebut quenching, di bawah tekanan rendah.
Namun, ketika proses ini terjadi di bawah empat gigapascal , sebagian besar rongga besar menghilang dan kaca mengambil struktur kisi yang jauh lebih seragam.
Secara khusus, model menunjukkan bahwa kaca mengalami transformasi fisik, dan cincin atom yang lebih kecil dieliminasi atau “dipangkas”, yang memungkinkan cincin lebih besar untuk bergabung lebih dekat.
Ini membantu mengurangi jumlah rongga besar dan ukuran rongga rata-rata, yang menyebabkan hamburan cahaya, dan mengurangi kehilangan sinyal lebih dari lima puluh persen.
Para peneliti menduga peningkatan lebih besar dapat dicapai dengan menggunakan laju pendinginan lebih lambat pada tekanan lebih tinggi.
Proses ini juga dapat dieksplorasi untuk jenis kaca anorganik lainnya dengan struktur serupa. Namun, pembuatan serat kaca di bawah tekanan tinggi pada skala industri sebenarnya sangatlah sulit.
“Sekarang kami mengetahui tekanan ideal, kami berharap penelitian ini akan membantu memacu pengembangan perangkat manufaktur bertekanan tinggi yang dapat menghasilkan kaca silika ultra-transparan ini,” kata Ono.