संयुक्त राज्य अमेरिका में पेन स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने कहा कि जल्द ही, अर्धचालक कोर फाइबर स्वयं इलेक्ट्रिक-ऑप्टिकल (इलेक्ट्रॉनिक-ऑप्टिकल) कन्वर्टर्स और प्राप्त करने वाले छोर पर महंगे ऑप्टिकल-इलेक्ट्रॉनिक कन्वर्टर्स पर निर्भर किए बिना महंगे "इलेक्ट्रिकल-ऑप्टिकल-इलेक्ट्रिकल" रूपांतरण करने में सक्षम हो सकता है।

इस नए आविष्कार में 1.7 माइक्रोन के आंतरिक व्यास वाली एक ग्लास केशिका में एक एकल क्रिस्टल सिलिकॉन कोर को संयोजित करना, और दोनों सिरों पर ठोस बनाना और सील करना है, जिससे एकल क्रिस्टल सिलिकॉन बनता है, जिससे दोनों सिरों पर सस्ता एकल क्रिस्टल सिलिकॉन जर्मेनियम और एकल क्रिस्टल सिलिकॉन संयोजित होता है। यह शोध पेन स्टेट यूनिवर्सिटी के मैटेरियल साइंस एंड इंजीनियरिंग विभाग के प्रोफेसर वेंकटरमन गोपालन और जॉन बैडिंग और डॉक्टरेट छात्र शियाओयू जी द्वारा संयुक्त रूप से किया गया था।

1.7 माइक्रोन के आंतरिक व्यास के साथ एक ग्लास केशिका में एक अनाकार सिलिकॉन कोर को शामिल करें

आज इस्तेमाल किया जाने वाला सरल ऑप्टिकल फाइबर केवल एक नरम बहुलक कोटिंग से ढके ग्लास ट्यूब के साथ फोटॉन उत्सर्जित कर सकता है। सबसे अच्छा संकेत ग्लास से पॉलिमर तक परावर्तित होकर ऑप्टिकल फाइबर में बरकरार रहता है, इसलिए लंबी दूरी के प्रसारण के दौरान लगभग कोई संकेत हानि नहीं होती है। दुर्भाग्य से, कंप्यूटर से प्रेषित सभी डेटा को संचारित करने वाले छोर पर महंगे इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल रूपांतरण मॉड्यूल के उपयोग की आवश्यकता होती है।

इसी तरह, रिसीवर एक कंप्यूटर है जिसे प्राप्त करने वाले छोर पर महंगे फोटोइलेक्ट्रिक कन्वर्टर्स की आवश्यकता होती है। सिग्नल को मजबूत करने के लिए, विभिन्न शहरों के बीच अल्ट्रा-लंबी दूरी के लिए एक अधिक संवेदनशील ऑप्टिकल-इलेक्ट्रिकल रूपांतरण करने के लिए एक "रिपीटर" की आवश्यकता होती है, फिर इलेक्ट्रॉनों को प्रवर्धित किया जाता है, और फिर ऑप्टिकल सिग्नल को अगले रिले तक पहुंचाने के लिए एक सुपर इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल कनवर्टर से गुजरना पड़ता है। रिले अंततः अपने गंतव्य तक पहुँचता है।

पेन स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि वे स्मार्ट सेमीकंडक्टर से भरे ऑप्टिकल फाइबर विकसित करेंगे, जिससे उन्हें अपने आप इलेक्ट्रिकल-ऑप्टिकल-इलेक्ट्रिकल रूपांतरण करने की क्षमता मिलेगी। फिलहाल, शोध दल अभी तक अपने लक्ष्य तक नहीं पहुंच पाया है, लेकिन उसने अपने सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल फाइबर में सभी आवश्यक सामग्रियों को सफलतापूर्वक संयोजित कर लिया है और साबित कर दिया है कि यह एक ही समय में फोटॉन और इलेक्ट्रॉन संचारित कर सकता है। इसके बाद, उन्हें वास्तविक समय में आवश्यक ऑप्टिकल-इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रिक-ऑप्टिकल रूपांतरण करने के लिए ऑप्टिकल फाइबर के दोनों सिरों पर सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन पैटर्न बनाने की आवश्यकता है।

बैडिंग ने 2006 में सिलिकॉन से भरे फाइबर के उपयोग की व्यवहार्यता का प्रदर्शन किया, और फिर जी ने अपने डॉक्टरेट थीसिस शोध में ग्लास केशिकाओं के साथ उच्च शुद्धता वाले एकल क्रिस्टल सिलिकॉन जर्मेनियम को संयोजित करने के लिए लेजर का उपयोग किया। इसका परिणाम एक स्मार्ट मोनोसिलिकॉन सील है जो 2,000 गुना लंबा है, जो बैडिंग के उच्च दक्षता वाले मूल प्रोटोटाइप को व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य सामग्री में परिवर्तित करता है।

पेन स्टेट यूनिवर्सिटी के मैटेरियल्स साइंस विभाग में पीएचडी उम्मीदवार शियाओयू जी, आर्गन नेशनल लेबोरेटरी में क्रिस्टलीकरण परीक्षण करते हैं

यह अति-लघु एकल क्रिस्टल सिलिकॉन कोर, जी को 750-900 डिग्री फारेनहाइट के तापमान पर ग्लास कोर के केंद्र में क्रिस्टल संरचना को पिघलाने और परिष्कृत करने के लिए लेजर स्कैनर का उपयोग करने की अनुमति देता है, जिससे ग्लास के सिलिकॉन संदूषण से बचा जा सकता है।

इसलिए, स्मार्ट सेमीकंडक्टर और सरल ऑप्टिकल फाइबर को एक ही ऑप्टिकल-इलेक्ट्रिकल फाइबर के साथ संयोजित करने के बैडिंग के पहले प्रयास से लेकर अब तक 10 वर्ष से अधिक का समय लग गया है।

इसके बाद, शोधकर्ता अनुकूलन करना शुरू करेंगे (ताकि स्मार्ट फाइबर को साधारण फाइबर के बराबर संचरण गति और गुणवत्ता प्राप्त हो सके) और एंडोस्कोप, इमेजिंग और फाइबर लेजर सहित व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए सिलिकॉन जर्मेनियम को प्रतिरूपित करेंगे।