Forskere ved Penn State University i USA sagde, at snart vil halvlederkernefiberen i sig selv være i stand til at udføre dyr "elektrisk-optisk-elektrisk" konvertering uden at stole på de elektrisk-optiske (elektronisk-optiske) konvertere og dyre optiske- elektroniske omformere i den modtagende ende.

Denne nye opfindelse er at kombinere en enkeltkrystal siliciumkerne i en glaskapillær med en indre diameter på 1,7 mikron og størkne og forsegle i begge ender for at danne enkeltkrystal silicium, og derved kombinere billigere enkeltkrystal siliciumgermanium og enkeltkrystalsilicium i begge ender .Denne forskning blev udført i fællesskab af professorerne Venkatraman Gopalan og John Badding i Institut for Materialevidenskab og Engineering ved Penn State University og doktorand Xiaoyu Ji.

Inkorporer en amorf siliciumkerne i en glaskapillar med en indre diameter på 1,7 mikron

Den simple optiske fiber, der bruges i dag, kan kun udsende fotoner langs et glasrør dækket med en blød polymerbelægning.Det bedste signal fastholdes i den optiske fiber ved at reflektere fra glasset til polymeren, så der er næsten intet signaltab under langdistancetransmissionen.Desværre kræver alle data, der transmitteres fra computeren, brug af dyre elektro-optiske konverteringsmoduler i den transmitterende ende.

Tilsvarende er modtageren en computer, der kræver dyre fotoelektriske omformere i den modtagende ende.For at styrke signalet kræver den ultralange afstand mellem forskellige byer en "repeater" for at udføre en mere følsom optisk-elektrisk konvertering, derefter forstærke elektronerne og derefter passere gennem en super elektro-optisk konverter for at lade det optiske signal videregive til den næste Relæet når endelig sin destination.

Forskere ved Penn State University håber at udvikle optiske fibre fyldt med smarte halvledere, hvilket giver dem mulighed for at udføre elektrisk-optisk-elektrisk konvertering på egen hånd.På nuværende tidspunkt har forskerholdet endnu ikke nået sit mål, men har med succes kombineret alle de nødvendige materialer i sin optiske halvlederfiber og bevist, at den kan transmittere fotoner og elektroner på samme tid.Dernæst skal de mønstre enkeltkrystal silicium på begge ender af den optiske fiber for at udføre den nødvendige optisk-elektriske og elektrisk-optiske konvertering i realtid.

Badding demonstrerede muligheden for at bruge siliciumfyldte fibre i 2006, og Ji brugte derefter lasere til at kombinere højrent enkeltkrystal siliciumgermanium med glaskapillærer i sin doktorafhandling.Resultatet er en smart monosiliciumforsegling, der er 2.000 gange længere, hvilket konverterer Baddings højeffektive originale prototype til et kommercielt levedygtigt materiale.

Xiaoyu Ji, en ph.d.-kandidat i afdelingen for materialevidenskab ved Penn State University, udfører krystallisationstest på Argonne National Laboratory

Denne ultralille enkeltkrystal siliciumkerne gør det også muligt for Ji at bruge en laserscanner til at smelte og forfine krystalstrukturen i midten af ​​glaskernen ved en temperatur på 750-900 grader Fahrenheit, og derved undgå siliciumforurening af glasset.

Derfor har det taget mere end 10 år fra Baddings første forsøg på at kombinere smarte halvledere og simple optiske fibre med den samme optisk-elektriske fiber.

Dernæst vil forskerne begynde at optimere (for at få den smarte fiber til at nå transmissionshastigheden og kvaliteten, der kan sammenlignes med den simple fiber), og mønstre siliciumgermaniumet til praktiske anvendelser, herunder endoskoper, billeddannelse og fiberlasere.