Peneliti di Penn State University di Amerika Serikat mengatakan bahwa sebentar lagi, inti serat semikonduktor itu sendiri mungkin dapat melakukan konversi “listrik-optik-listrik” yang mahal tanpa bergantung pada konverter listrik-optik (elektronik-optik), dan konverter optik-elektronik yang mahal di ujung penerima.

Penemuan baru ini menggabungkan inti silikon kristal tunggal dalam kapiler kaca dengan diameter dalam 1,7 mikron, dan memadatkan serta menyegel di kedua ujungnya untuk membentuk silikon kristal tunggal, sehingga menggabungkan silikon germanium kristal tunggal yang lebih murah dan silikon kristal tunggal di kedua ujungnya. Penelitian ini dilakukan bersama oleh profesor Venkatraman Gopalan dan John Badding di Departemen Ilmu Material dan Teknik di Penn State University, dan mahasiswa doktoral Xiaoyu Ji.

Memasukkan inti silikon amorf ke dalam kapiler kaca dengan diameter dalam 1,7 mikron

Serat optik sederhana yang digunakan saat ini hanya dapat memancarkan foton sepanjang tabung kaca yang dilapisi polimer lunak. Sinyal terbaik dipertahankan dalam serat optik dengan cara dipantulkan dari kaca ke polimer, sehingga hampir tidak ada sinyal yang hilang selama transmisi jarak jauh. Sayangnya, semua data yang dikirim dari komputer memerlukan penggunaan modul konversi elektro-optik yang mahal di ujung transmisi.

Demikian pula, penerima adalah komputer yang memerlukan konverter fotolistrik yang mahal di ujung penerima. Untuk memperkuat sinyal, jarak yang sangat jauh antara kota-kota yang berbeda memerlukan "pengulang" untuk melakukan konversi optik-listrik yang lebih sensitif, kemudian memperkuat elektron, dan kemudian melewati konverter elektro-optik super untuk membiarkan sinyal optik lewat ke yang berikutnya. Relai akhirnya mencapai tujuannya.

Para peneliti di Penn State University berharap dapat mengembangkan serat optik yang diisi dengan semikonduktor pintar, yang memberi mereka kemampuan untuk melakukan konversi listrik-optik-listrik sendiri. Saat ini, tim peneliti belum mencapai tujuannya, tetapi telah berhasil menggabungkan semua bahan yang diperlukan dalam serat optik semikonduktornya dan membuktikan bahwa serat tersebut dapat mentransmisikan foton dan elektron pada saat yang bersamaan. Selanjutnya, mereka perlu membuat pola silikon kristal tunggal pada kedua ujung serat optik untuk melakukan konversi optik-listrik dan listrik-optik yang diperlukan secara real time.

Badding menunjukkan kelayakan penggunaan serat berisi silikon pada tahun 2006, dan Ji kemudian menggunakan laser untuk menggabungkan silikon germanium kristal tunggal dengan kemurnian tinggi dengan kapiler kaca dalam penelitian tesis doktoralnya. Hasilnya adalah segel monosilikon cerdas yang 2.000 kali lebih panjang, yang mengubah prototipe asli Badding yang sangat efisien menjadi material yang layak secara komersial.

Xiaoyu Ji, kandidat PhD di Departemen Ilmu Material di Penn State University, melakukan uji kristalisasi di Laboratorium Nasional Argonne

Inti silikon kristal tunggal yang sangat kecil ini juga memungkinkan Ji menggunakan pemindai laser untuk melelehkan dan memperbaiki struktur kristal di bagian tengah inti kaca pada suhu 750-900 derajat Fahrenheit, sehingga menghindari kontaminasi silikon pada kaca.

Oleh karena itu, diperlukan waktu lebih dari 10 tahun sejak upaya pertama Badding hingga menggabungkan semikonduktor pintar dan serat optik sederhana dengan serat optik-listrik yang sama.

Berikutnya, para peneliti akan mulai mengoptimalkan (agar serat pintar mencapai kecepatan transmisi dan kualitas yang sebanding dengan serat sederhana), dan membuat pola silikon germanium untuk aplikasi praktis, termasuk endoskopi, pencitraan, dan laser serat.