I ricercatori della Penn State University negli Stati Uniti hanno affermato che presto la fibra con nucleo semiconduttore potrebbe essere in grado di effettuare una costosa conversione "elettrico-ottico-elettrico" senza dover ricorrere ai convertitori elettrico-ottico (elettronico-ottico) e ai costosi convertitori ottico-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 a entrambe le estremità per formare silicio monocristallino, combinando così il più economico silicio monocristallino germanio e silicio monocristallino a entrambe le estremità. Questa ricerca è stata condotta congiuntamente dai professori Venkatraman Gopalan e John Badding del Dipartimento di Scienze dei Materiali e Ingegneria della Penn State University e dallo studente di dottorato 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 in polimero 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-ottica all'estremità di trasmissione.

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 consentire al segnale ottico di passare a quello successivo. Il relè raggiunge finalmente la sua destinazione.

I ricercatori della Penn State University sperano di sviluppare fibre ottiche riempite con semiconduttori intelligenti, che diano loro la capacità di eseguire autonomamente la conversione elettrico-ottico-elettrico. Al momento, il team di ricerca non ha ancora raggiunto il suo obiettivo, ma ha combinato con successo tutti i materiali richiesti nella sua fibra ottica semiconduttrice e ha dimostrato che può trasmettere fotoni ed elettroni contemporaneamente. 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'uso di fibre riempite di silicio nel 2006, e Ji ha poi utilizzato i laser per combinare il silicio germanio monocristallino ad alta purezza con capillari di vetro nella sua ricerca di tesi di dottorato. Il risultato è una guarnizione monosilicon intelligente che è 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 Scienze dei Materiali della Penn State University, conduce test di cristallizzazione presso l'Argonne National Laboratory

Questo nucleo di silicio monocristallino ultra-piccolo consente inoltre a Ji di utilizzare uno scanner laser per fondere e rifinire 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 nella stessa fibra ottico-elettrica.

Successivamente, i ricercatori inizieranno a ottimizzare (per far sì che la fibra intelligente raggiunga una velocità e una qualità di trasmissione paragonabili a quelle della fibra semplice) e a modellare il silicio-germanio per applicazioni pratiche, tra cui endoscopi, imaging e laser a fibra.