Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Penn State στις Ηνωμένες Πολιτείες είπαν ότι σύντομα, η ίδια η ημιαγωγική ίνα πυρήνα μπορεί να είναι σε θέση να πραγματοποιήσει δαπανηρή «ηλεκτρική-οπτική-ηλεκτρική» μετατροπή χωρίς να βασίζεται στους ηλεκτρικούς-οπτικούς (ηλεκτρονικούς-οπτικούς) μετατροπείς και ακριβά οπτικά ηλεκτρονικοί μετατροπείς στο άκρο λήψης.

Αυτή η νέα εφεύρεση συνδυάζει έναν πυρήνα μονοκρυσταλλικού πυριτίου σε γυάλινο τριχοειδές με εσωτερική διάμετρο 1,7 microns και στερεοποιεί και σφραγίζει και στα δύο άκρα για να σχηματίσει μονοκρυσταλλικό πυρίτιο, συνδυάζοντας έτσι φθηνότερο μονοκρύσταλλο πυρίτιο γερμάνιο και μονοκρυσταλλικό πυρίτιο και στα δύο άκρα .Αυτή η έρευνα διεξήχθη από κοινού από τους καθηγητές Venkatraman Gopalan και John Badding στο Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών στο Πανεπιστήμιο Penn State, και τον διδακτορικό φοιτητή Xiaoyu Ji.

Ενσωματώστε έναν πυρήνα άμορφου πυριτίου σε ένα γυάλινο τριχοειδές με εσωτερική διάμετρο 1,7 microns

Η απλή οπτική ίνα που χρησιμοποιείται σήμερα μπορεί να εκπέμπει φωτόνια μόνο κατά μήκος ενός γυάλινου σωλήνα καλυμμένου με μια μαλακή πολυμερή επίστρωση.Το καλύτερο σήμα διατηρείται στην οπτική ίνα με ανάκλαση από το γυαλί στο πολυμερές, επομένως δεν υπάρχει σχεδόν καμία απώλεια σήματος κατά τη μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις.Δυστυχώς, όλα τα δεδομένα που μεταδίδονται από τον υπολογιστή απαιτούν τη χρήση ακριβών μονάδων ηλεκτρο-οπτικής μετατροπής στο άκρο εκπομπής.

Ομοίως, ο δέκτης είναι ένας υπολογιστής που απαιτεί ακριβούς φωτοηλεκτρικούς μετατροπείς στο άκρο λήψης.Προκειμένου να ενισχυθεί το σήμα, η εξαιρετικά μεγάλη απόσταση μεταξύ διαφορετικών πόλεων απαιτεί έναν «επαναλήπτη» για να πραγματοποιήσει μια πιο ευαίσθητη οπτικοηλεκτρική μετατροπή, στη συνέχεια να ενισχύσει τα ηλεκτρόνια και στη συνέχεια να περάσει από έναν υπερηλεκτροοπτικό μετατροπέα για να αφήσει το οπτικό σήμα περάστε στον επόμενο Το ρελέ τελικά φτάνει στον προορισμό του.

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Penn State ελπίζουν να αναπτύξουν οπτικές ίνες γεμάτες με έξυπνους ημιαγωγούς, δίνοντάς τους τη δυνατότητα να πραγματοποιούν μόνοι τους ηλεκτρική-οπτική-ηλεκτρική μετατροπή.Προς το παρόν, η ερευνητική ομάδα δεν έχει φτάσει ακόμη στον στόχο της, αλλά έχει συνδυάσει με επιτυχία όλα τα απαιτούμενα υλικά στην ημιαγωγική οπτική ίνα της και έχει αποδείξει ότι μπορεί να μεταδίδει φωτόνια και ηλεκτρόνια ταυτόχρονα.Στη συνέχεια, πρέπει να σχεδιάσουν μονοκρυσταλλικό πυρίτιο και στα δύο άκρα της οπτικής ίνας για να πραγματοποιήσουν την απαραίτητη οπτικο-ηλεκτρική και ηλεκτρική-οπτική μετατροπή σε πραγματικό χρόνο.

Ο Badding απέδειξε τη σκοπιμότητα χρήσης ινών γεμάτων πυριτίου το 2006 και ο Ji στη συνέχεια χρησιμοποίησε λέιζερ για να συνδυάσει γερμάνιο μονοκρύσταλλου πυριτίου υψηλής καθαρότητας με γυάλινα τριχοειδή στην έρευνά του για τη διδακτορική του διατριβή.Το αποτέλεσμα είναι μια έξυπνη σφράγιση μονοπυριτίου που είναι 2.000 φορές μεγαλύτερη, η οποία μετατρέπει το πρωτότυπο πρωτότυπο υψηλής απόδοσης του Badding σε ένα εμπορικά βιώσιμο υλικό.

Ο Xiaoyu Ji, υποψήφιος διδάκτορας στο Τμήμα Επιστήμης Υλικών στο Πανεπιστήμιο Penn State, διεξάγει δοκιμές κρυστάλλωσης στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne

Αυτός ο εξαιρετικά μικρός πυρήνας πυριτίου μονού κρυστάλλου επιτρέπει επίσης στον Ji να χρησιμοποιεί έναν σαρωτή λέιζερ για να λιώσει και να τελειοποιήσει την κρυσταλλική δομή στο κέντρο του γυάλινου πυρήνα σε θερμοκρασία 750-900 βαθμούς Φαρενάιτ, αποφεύγοντας έτσι τη μόλυνση του γυαλιού από πυρίτιο.

Επομένως, χρειάστηκαν περισσότερα από 10 χρόνια από την πρώτη προσπάθεια του Badding να συνδυάσει έξυπνους ημιαγωγούς και απλές οπτικές ίνες με την ίδια οπτική-ηλεκτρική ίνα.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές θα αρχίσουν να βελτιστοποιούν (για να κάνουν την έξυπνη ίνα να φτάσει την ταχύτητα και την ποιότητα μετάδοσης συγκρίσιμες με την απλή ίνα) και να σχεδιάσουν το γερμάνιο πυριτίου για πρακτικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων ενδοσκοπίων, απεικόνισης και λέιζερ ινών.