Des chercheurs de l'Université Penn State aux États-Unis ont déclaré que bientôt, la fibre à cœur semi-conducteur elle-même pourrait être capable d'effectuer une conversion « électrique-optique-électrique » coûteuse sans dépendre des convertisseurs électriques-optiques (électroniques-optiques) et des convertisseurs optiques-électroniques coûteux à l'extrémité de réception.

Cette nouvelle invention consiste à combiner un noyau de silicium monocristallin dans un capillaire en verre d'un diamètre intérieur de 1,7 micron, puis à solidifier et à sceller les deux extrémités pour former du silicium monocristallin, combinant ainsi du silicium monocristallin germanium et du silicium monocristallin moins chers aux deux extrémités. Cette recherche a été menée conjointement par les professeurs Venkatraman Gopalan et John Badding du département des sciences et de l'ingénierie des matériaux de l'université Penn State, et par l'étudiante en doctorat Xiaoyu Ji.

Incorporer un noyau de silicium amorphe dans un capillaire en verre d'un diamètre intérieur de 1,7 micron

La fibre optique simple utilisée aujourd'hui ne peut émettre des photons que le long d'un tube de verre recouvert d'un revêtement en polymère souple. Le meilleur signal est retenu dans la fibre optique par réflexion du verre vers le polymère, de sorte qu'il n'y a pratiquement aucune perte de signal lors de la transmission longue distance. Malheureusement, toutes les données transmises par l'ordinateur nécessitent l'utilisation de modules de conversion électro-optique coûteux à l'extrémité de transmission.

De même, le récepteur est un ordinateur qui nécessite des convertisseurs photoélectriques coûteux à l'extrémité de réception. Afin de renforcer le signal, la distance ultra-longue entre différentes villes nécessite un « répéteur » pour effectuer une conversion optique-électrique plus sensible, puis amplifier les électrons, puis passer par un convertisseur super-électro-optique pour laisser passer le signal optique au relais suivant. Le relais atteint enfin sa destination.

Des chercheurs de l'université Penn State espèrent développer des fibres optiques remplies de semi-conducteurs intelligents, leur permettant d'effectuer elles-mêmes la conversion électrique-optique-électrique. À l'heure actuelle, l'équipe de recherche n'a pas encore atteint son objectif, mais elle a réussi à combiner tous les matériaux nécessaires dans sa fibre optique semi-conductrice et à prouver qu'elle peut transmettre des photons et des électrons en même temps. Ensuite, ils doivent modeler du silicium monocristallin aux deux extrémités de la fibre optique pour effectuer la conversion optique-électrique et électrique-optique nécessaire en temps réel.

En 2006, Badding a démontré la faisabilité de l'utilisation de fibres remplies de silicium, et Ji a ensuite utilisé des lasers pour combiner du silicium-germanium monocristallin de haute pureté avec des capillaires en verre dans le cadre de sa thèse de doctorat. Le résultat est un joint monosilicium intelligent 2 000 fois plus long, qui transforme le prototype original à haute efficacité de Badding en un matériau commercialement viable.

Xiaoyu Ji, doctorante au département des sciences des matériaux de l'université Penn State, effectue des tests de cristallisation au laboratoire national d'Argonne

Ce noyau de silicium monocristallin ultra-petit permet également à Ji d'utiliser un scanner laser pour faire fondre et affiner la structure cristalline au centre du noyau de verre à une température de 750 à 900 degrés Fahrenheit, évitant ainsi la contamination du verre par le silicium.

Il a donc fallu plus de 10 ans depuis la première tentative de Badding pour combiner des semi-conducteurs intelligents et des fibres optiques simples avec la même fibre optique-électrique.

Ensuite, les chercheurs commenceront à optimiser (afin que la fibre intelligente atteigne une vitesse de transmission et une qualité comparables à la fibre simple) et à modéliser le silicium-germanium pour des applications pratiques, notamment les endoscopes, l'imagerie et les lasers à fibre.