Forscher an der Pennsylvania State University in den USA sagten, dass die Faser mit Halbleiterkern bald selbst in der Lage sein könnte, teure „elektrisch-optisch-elektrische“ Umwandlungen durchzuführen, ohne auf elektrisch-optische (elektronisch-optische) Konverter und teure optisch-elektronische Konverter auf der Empfangsseite angewiesen zu sein.

Diese neue Erfindung besteht darin, einen Kern aus einkristallinem Silizium in einer Glaskapillare mit einem Innendurchmesser von 1,7 Mikrometern zu kombinieren und an beiden Enden zu verfestigen und abzudichten, um einkristallines Silizium zu bilden. Dadurch werden an beiden Enden billigeres einkristallines Siliziumgermanium und einkristallines Silizium kombiniert. Diese Forschung wurde gemeinsam von den Professoren Venkatraman Gopalan und John Badding von der Fakultät für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik der Pennsylvania State University und dem Doktoranden Xiaoyu Ji durchgeführt.

Integrieren Sie einen amorphen Siliziumkern in eine Glaskapillare mit einem Innendurchmesser von 1,7 Mikrometer

Die heute verwendeten einfachen Glasfasern können Photonen nur entlang eines Glasrohrs aussenden, das mit einer weichen Polymerbeschichtung überzogen ist. Das beste Signal bleibt in der Glasfaser erhalten, indem es vom Glas zum Polymer reflektiert wird, sodass bei der Übertragung über lange Distanzen fast kein Signalverlust auftritt. Leider erfordert die Übertragung aller Daten vom Computer den Einsatz teurer elektrooptischer Konvertierungsmodule am Sendeende.

In ähnlicher Weise ist der Empfänger ein Computer, der am Empfangsende teure fotoelektrische Konverter benötigt. Um das Signal zu verstärken, ist für die extrem lange Distanz zwischen verschiedenen Städten ein „Repeater“ erforderlich, der eine empfindlichere optisch-elektrische Umwandlung durchführt, dann die Elektronen verstärkt und dann durch einen superelektrooptischen Konverter leitet, damit das optische Signal zum nächsten Relais durchgelassen wird, das schließlich sein Ziel erreicht.

Forscher an der Penn State University hoffen, mit intelligenten Halbleitern gefüllte Glasfasern zu entwickeln, die ihnen die Möglichkeit geben, selbständig eine elektrisch-optisch-elektrische Umwandlung durchzuführen. Das Forschungsteam hat sein Ziel noch nicht erreicht, hat aber alle erforderlichen Materialien erfolgreich in seiner Halbleiter-Glasfaser kombiniert und bewiesen, dass diese Photonen und Elektronen gleichzeitig übertragen kann. Als nächstes müssen sie an beiden Enden der Glasfaser einkristallines Silizium strukturieren, um die erforderliche optisch-elektrische und elektrisch-optische Umwandlung in Echtzeit durchzuführen.

Badding demonstrierte 2006 die Machbarkeit der Verwendung von siliziumgefüllten Fasern, und Ji kombinierte dann in seiner Doktorarbeit hochreines einkristallines Siliziumgermanium mit Lasern mit Glaskapillaren. Das Ergebnis ist eine intelligente Monosiliziumdichtung, die 2.000 Mal länger hält und Baddings hocheffizienten Originalprototyp in ein kommerziell nutzbares Material verwandelt.

Xiaoyu Ji, Doktorandin in der Abteilung für Materialwissenschaften der Penn State University, führt Kristallisationstests am Argonne National Laboratory durch.

Dieser ultrakleine Silizium-Einkristallkern ermöglicht es Ji außerdem, mithilfe eines Laserscanners die Kristallstruktur in der Mitte des Glaskerns bei einer Temperatur von 390–480 °C (750–900 °F) zu schmelzen und zu verfeinern und so eine Siliziumverunreinigung des Glases zu vermeiden.

Daher hat es seit Baddings erstem Versuch, intelligente Halbleiter und einfache Glasfasern mit derselben optisch-elektrischen Faser zu kombinieren, mehr als zehn Jahre gedauert.

Als nächstes werden die Forscher mit der Optimierung beginnen (damit die intelligente Faser eine mit der einfachen Faser vergleichbare Übertragungsgeschwindigkeit und -qualität erreicht) und das Silizium-Germanium für praktische Anwendungen, darunter Endoskope, Bildgebung und Faserlaser, strukturieren.