محققان دانشگاه پن استیت در ایالات متحده گفتند که به زودی، فیبر هسته نیمه هادی خود ممکن است قادر به انجام تبدیل گران قیمت «الکتریکی-اپتیکی-الکتریکی» بدون تکیه بر مبدل های الکتریکی-اپتیکی (الکترونیکی-اپتیکی) و نوری گران قیمت باشد. مبدل های الکترونیکی در انتهای گیرنده

این اختراع جدید ترکیب یک هسته سیلیکونی تک کریستالی در یک مویرگ شیشه ای با قطر داخلی 1.7 میکرون است و در هر دو انتها جامد و مهر و موم می شود تا سیلیکون تک کریستالی را تشکیل دهد، در نتیجه سیلیکون ژرمانیوم تک کریستالی ارزان تر و سیلیکون تک کریستالی را در هر دو انتها ترکیب می کند. .این تحقیق به طور مشترک توسط استادان ونکاترامان گوپالان و جان بادینگ در دپارتمان علوم و مهندسی مواد در دانشگاه ایالتی پن و دانشجوی دکترا Xiaoyu Ji انجام شد.

یک هسته سیلیکونی آمورف را در یک مویرگ شیشه ای با قطر داخلی 1.7 میکرون بگنجانید.

فیبر نوری ساده ای که امروزه استفاده می شود فقط می تواند فوتون ها را در امتداد یک لوله شیشه ای پوشیده از یک پوشش پلیمری نرم منتشر کند.بهترین سیگنال در فیبر نوری با انعکاس از شیشه به پلیمر حفظ می شود، بنابراین تقریباً هیچ سیگنالی در طول انتقال از راه دور وجود ندارد.متأسفانه، تمام داده‌های ارسال شده از رایانه نیاز به استفاده از ماژول‌های تبدیل الکترواپتیکال گران قیمت در انتهای فرستنده دارند.

به طور مشابه، گیرنده کامپیوتری است که به مبدل های فوتوالکتریک گران قیمت در انتهای گیرنده نیاز دارد.به منظور تقویت سیگنال، فاصله بسیار طولانی بین شهرهای مختلف به یک "تکرار کننده" نیاز دارد تا تبدیل نوری-الکتریکی حساس تری را انجام دهد، سپس الکترون ها را تقویت کند، و سپس از یک مبدل فوق العاده الکترواپتیکال عبور کند تا سیگنال نوری ارسال شود. عبور به بعدی رله در نهایت به مقصد می رسد.

محققان دانشگاه پن استیت امیدوارند که فیبرهای نوری پر از نیمه هادی های هوشمند را توسعه دهند و به آنها توانایی انجام تبدیل الکتریکی-اپتیکی-الکتریکی را به تنهایی بدهند.در حال حاضر، تیم تحقیقاتی هنوز به هدف خود نرسیده است، اما با موفقیت تمام مواد مورد نیاز را در فیبر نوری نیمه هادی خود ترکیب کرده و ثابت کرده است که می تواند فوتون ها و الکترون ها را همزمان منتقل کند.در مرحله بعد، آنها باید سیلیکون تک کریستالی را در دو سر فیبر نوری الگوبرداری کنند تا تبدیل نوری- الکتریکی و الکتریکی-اپتیکی لازم را در زمان واقعی انجام دهند.

Badding امکان استفاده از الیاف پر از سیلیکون را در سال 2006 نشان داد، و جی سپس از لیزر برای ترکیب ژرمانیوم سیلیکون تک کریستال با خلوص بالا با مویرگ های شیشه ای در تحقیق پایان نامه دکتری خود استفاده کرد.نتیجه یک مهر و موم هوشمند مونوسیلیکونی است که 2000 برابر طولانی تر است، که نمونه اولیه اولیه با کارایی بالا Badding را به یک ماده تجاری قابل دوام تبدیل می کند.

Xiaoyu Ji، کاندیدای دکترا در گروه علوم مواد در دانشگاه ایالتی پن، آزمایش‌های کریستالیزاسیون را در آزمایشگاه ملی آرگون انجام می‌دهد.

این هسته سیلیکونی تک کریستالی بسیار کوچک همچنین به جی اجازه می دهد تا از یک اسکنر لیزری برای ذوب و اصلاح ساختار کریستالی در مرکز هسته شیشه ای در دمای 750 تا 900 درجه فارنهایت استفاده کند و در نتیجه از آلودگی سیلیکونی شیشه جلوگیری کند.

بنابراین، از اولین تلاش Badding برای ترکیب نیمه هادی های هوشمند و فیبرهای نوری ساده با همان فیبر نوری-الکتریکی بیش از 10 سال طول کشیده است.

در مرحله بعد، محققان شروع به بهینه‌سازی می‌کنند (برای اینکه فیبر هوشمند به سرعت انتقال و کیفیت قابل مقایسه با فیبر ساده برسد)، و الگوی سیلیکون ژرمانیوم را برای کاربردهای عملی، از جمله آندوسکوپ‌ها، تصویربرداری و لیزرهای فیبر، الگوبرداری می‌کنند.