I ricercatori della Penn State University negli Stati Uniti hanno affermato che presto la stessa fibra del nucleo del semiconduttore potrebbe essere in grado di eseguire costose conversioni “elettrico-ottico-elettriche” senza fare affidamento sui convertitori elettrico-ottico (elettronico-ottico) e sui costosi convertitori ottici. convertitori elettronici all'estremità ricevente.

Questa nuova invenzione consiste nel combinare un nucleo di silicio monocristallino in un capillare di vetro con un diametro interno di 1,7 micron, e solidificare e sigillare su entrambe le estremità per formare silicio monocristallino, combinando così il silicio monocristallino più economico, germanio e silicio monocristallino su entrambe le estremità. .Questa ricerca è stata condotta congiuntamente dai professori Venkatraman Gopalan e John Badding del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali della Penn State University e dal dottorando Xiaoyu Ji.

Incorporare un nucleo di silicio amorfo in un capillare di vetro con un diametro interno di 1,7 micron

La semplice fibra ottica utilizzata oggi può emettere fotoni solo lungo un tubo di vetro ricoperto da un rivestimento polimerico morbido.Il segnale migliore viene trattenuto nella fibra ottica riflettendosi dal vetro al polimero, quindi non c'è quasi nessuna perdita di segnale durante la trasmissione a lunga distanza.Sfortunatamente, tutti i dati trasmessi dal computer richiedono l'uso di costosi moduli di conversione elettro-ottici all'estremità trasmittente.

Allo stesso modo, il ricevitore è un computer che richiede costosi convertitori fotoelettrici all'estremità ricevente.Per rafforzare il segnale, la distanza ultra lunga tra diverse città richiede un "ripetitore" per eseguire una conversione ottico-elettrica più sensibile, quindi amplificare gli elettroni e quindi passare attraverso un super convertitore elettro-ottico per far passare il segnale ottico passare a quello successivo La staffetta giunge finalmente a destinazione.

I ricercatori della Penn State University sperano di sviluppare fibre ottiche riempite con semiconduttori intelligenti, dando loro la capacità di eseguire autonomamente la conversione elettrico-ottico-elettrica.Al momento il gruppo di ricerca non ha ancora raggiunto il suo obiettivo, ma ha combinato con successo tutti i materiali necessari nella fibra ottica semiconduttrice e ha dimostrato che può trasmettere contemporaneamente fotoni ed elettroni.Successivamente, devono modellare il silicio monocristallino su entrambe le estremità della fibra ottica per eseguire la necessaria conversione ottico-elettrica ed elettrico-ottica in tempo reale.

Badding ha dimostrato la fattibilità dell'utilizzo di fibre riempite di silicio nel 2006, e Ji ha poi utilizzato i laser per combinare silicio-germanio monocristallino di elevata purezza con capillari di vetro nella sua ricerca di tesi di dottorato.Il risultato è una guarnizione intelligente in monosilicio, 2.000 volte più lunga, che converte il prototipo originale ad alta efficienza di Badding in un materiale commercialmente valido.

Xiaoyu Ji, dottorando presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali della Penn State University, conduce test di cristallizzazione presso l'Argonne National Laboratory

Questo nucleo ultra piccolo di silicio monocristallino consente inoltre a Ji di utilizzare uno scanner laser per fondere e perfezionare la struttura cristallina al centro del nucleo di vetro a una temperatura di 750-900 gradi Fahrenheit, evitando così la contaminazione del vetro da parte del silicio.

Sono quindi trascorsi più di 10 anni dal primo tentativo di Badding di combinare semiconduttori intelligenti e semplici fibre ottiche con la stessa fibra ottico-elettrica.

Successivamente, i ricercatori inizieranno a ottimizzare (per fare in modo che la fibra intelligente raggiunga velocità di trasmissione e qualità paragonabili alla fibra semplice) e a modellare il silicio-germanio per applicazioni pratiche, tra cui endoscopi, imaging e laser a fibra.