Forscher der Penn State University in den Vereinigten Staaten sagten, dass die Halbleiterkernfaser bald selbst in der Lage sein könnte, eine teure „elektrisch-optisch-elektrische“ Umwandlung durchzuführen, ohne auf elektrisch-optische (elektronisch-optische) Wandler und teure optische elektronische Wandler auf der Empfangsseite.

Diese neue Erfindung besteht darin, einen einkristallinen Siliziumkern in einer Glaskapillare mit einem Innendurchmesser von 1,7 Mikrometern zu kombinieren und an beiden Enden zu verfestigen und zu versiegeln, um einkristallines Silizium zu bilden, wodurch billigeres einkristallines Silizium-Germanium und einkristallines Silizium an beiden Enden kombiniert werden .Diese Forschung wurde gemeinsam von den Professoren Venkatraman Gopalan und John Badding am Department of Materials Science and Engineering der Penn State University und dem Doktoranden Xiaoyu Ji durchgeführt.

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

Die heute verwendete einfache optische Faser kann Photonen nur entlang einer Glasröhre emittieren, die mit einer weichen Polymerbeschichtung bedeckt ist.Das beste Signal wird in der Glasfaser durch die Reflexion vom Glas zum Polymer zurückgehalten, so dass es bei der Übertragung über große Entfernungen nahezu zu keinem Signalverlust kommt.Leider erfordern alle vom Computer übertragenen Daten den Einsatz teurer elektrooptischer Umwandlungsmodule auf der Sendeseite.

Ebenso ist der Empfänger ein Computer, der auf der Empfangsseite teure fotoelektrische Wandler erfordert.Um das Signal zu verstärken, erfordert die extrem große Entfernung zwischen verschiedenen Städten einen „Repeater“, der eine empfindlichere optisch-elektrische Umwandlung durchführt, dann die Elektronen verstärkt und dann einen superelektrooptischen Wandler durchläuft, um das optische Signal durchzulassen Weiter zum nächsten Das Relais erreicht endlich sein Ziel.

Forscher der Penn State University wollen optische Fasern entwickeln, die mit intelligenten Halbleitern gefüllt sind und ihnen die Möglichkeit geben, die elektrische-optisch-elektrische Umwandlung selbstständig durchzuführen.Derzeit hat das Forschungsteam sein Ziel noch nicht erreicht, aber es ist ihm gelungen, alle benötigten Materialien in seiner Halbleiter-Lichtleitfaser zu kombinieren und zu beweisen, dass sie gleichzeitig Photonen und Elektronen übertragen kann.Als nächstes müssen sie einkristallines Silizium an beiden Enden der optischen Faser strukturieren, um die erforderliche optisch-elektrische und elektrisch-optische Umwandlung in Echtzeit durchzuführen.

Badding demonstrierte 2006 die Machbarkeit der Verwendung von mit Silizium gefüllten Fasern, und Ji nutzte dann in seiner Doktorarbeit Laser, um hochreines einkristallines Silizium-Germanium mit Glaskapillaren zu kombinieren.Das Ergebnis ist eine intelligente Monosiliziumdichtung, die 2.000 Mal länger ist und den hocheffizienten Originalprototyp von Badding in ein kommerziell nutzbares Material umwandelt.

Xiaoyu Ji, ein Doktorand in der Abteilung für Materialwissenschaften der Penn State University, führt Kristallisationstests im Argonne National Laboratory durch

Dieser ultrakleine Einkristall-Siliziumkern ermöglicht es Ji auch, einen Laserscanner zu verwenden, um die Kristallstruktur in der Mitte des Glaskerns bei einer Temperatur von 750–900 Grad Fahrenheit zu schmelzen und zu verfeinern, wodurch eine Siliziumverunreinigung des Glases vermieden wird.

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

Als nächstes beginnen die Forscher mit der Optimierung (damit die intelligente Faser eine mit der einfachen Faser vergleichbare Übertragungsgeschwindigkeit und -qualität erreicht) und Strukturierung des Siliziumgermaniums für praktische Anwendungen, einschließlich Endoskope, Bildgebung und Faserlaser.