Los investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania en Estados Unidos dijeron que pronto, la fibra del núcleo semiconductor podría ser capaz de realizar por sí misma una costosa conversión "eléctrico-óptico-eléctrica" ​​sin depender de los convertidores eléctrico-óptico (electrónico-óptico) y los costosos convertidores óptico-electrónicos en el extremo receptor.

Esta nueva invención consiste en combinar un núcleo de silicio monocristalino en un capilar de vidrio con un diámetro interior de 1,7 micrones, y solidificarlo y sellarlo en ambos extremos para formar silicio monocristalino, combinando así silicio-germanio monocristalino más económico y silicio monocristalino en ambos extremos. Esta investigación fue realizada conjuntamente por los profesores Venkatraman Gopalan y John Badding del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Estatal de Pensilvania, y la estudiante de doctorado Xiaoyu Ji.

Incorporar un núcleo de silicio amorfo en un capilar de vidrio con un diámetro interior de 1,7 micrones.

La sencilla fibra óptica que se utiliza actualmente sólo puede emitir fotones a lo largo de un tubo de vidrio recubierto de un polímero blando. La mejor señal se conserva en la fibra óptica al reflejarse del vidrio al polímero, por lo que prácticamente no se pierde señal durante la transmisión a larga distancia. Lamentablemente, todos los datos transmitidos desde el ordenador requieren el uso de costosos módulos de conversión electroóptica en el extremo de transmisión.

De manera similar, el receptor es una computadora que requiere costosos convertidores fotoeléctricos en el extremo receptor. Para fortalecer la señal, la distancia ultralarga entre diferentes ciudades requiere un “repetidor” que realice una conversión óptico-eléctrica más sensible, luego amplifique los electrones y luego pase a través de un convertidor superelectro-óptico para permitir que la señal óptica pase al siguiente relé que finalmente llega a su destino.

Los investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania esperan desarrollar fibras ópticas llenas de semiconductores inteligentes, lo que les dará la capacidad de realizar conversiones eléctricas-ópticas-eléctricas por sí mismos. En la actualidad, el equipo de investigación aún no ha alcanzado su objetivo, pero ha combinado con éxito todos los materiales necesarios en su fibra óptica semiconductora y ha demostrado que puede transmitir fotones y electrones al mismo tiempo. A continuación, necesitan diseñar un patrón de silicio monocristalino en ambos extremos de la fibra óptica para realizar la conversión óptica-eléctrica y eléctrica-óptica necesaria en tiempo real.

Badding demostró la viabilidad de utilizar fibras rellenas de silicio en 2006 y, posteriormente, Ji utilizó láseres para combinar silicio-germanio monocristalino de alta pureza con capilares de vidrio en su tesis doctoral. El resultado es un sello de monosilicio inteligente que es 2000 veces más largo, lo que convierte el prototipo original de alta eficiencia de Badding en un material comercialmente viable.

Xiaoyu Ji, candidata a doctorado en el Departamento de Ciencias de los Materiales de la Universidad Estatal de Pensilvania, realiza pruebas de cristalización en el Laboratorio Nacional Argonne.

Este núcleo de silicio monocristalino ultrapequeño también permite a Ji utilizar un escáner láser para fundir y refinar la estructura cristalina en el centro del núcleo de vidrio a una temperatura de 750 a 900 grados Fahrenheit, evitando así la contaminación del vidrio con silicio.

Por lo tanto, han pasado más de 10 años desde el primer intento de Badding de combinar semiconductores inteligentes y fibras ópticas simples con la misma fibra óptico-eléctrica.

A continuación, los investigadores comenzarán a optimizar (para hacer que la fibra inteligente alcance una velocidad de transmisión y una calidad comparables a las de la fibra simple) y diseñar el silicio germanio para aplicaciones prácticas, incluidos endoscopios, imágenes y láseres de fibra.