米ペンシルベニア州立大学の研究者らは、近い将来、受信側の電気光（電子光）変換器や高価な光電子変換器に頼ることなく、半導体コアファイバー自体が高価な「電気光電気」変換を実行できるようになるかもしれないと述べた。

この新しい発明は、内径1.7ミクロンのガラス毛細管に単結晶シリコンコアを結合し、両端を固めて密封することで単結晶シリコンを形成し、両端に安価な単結晶シリコンゲルマニウムと単結晶シリコンを結合するというものである。この研究は、ペンシルベニア州立大学材料科学工学部のベンカトラマン・ゴパラン教授とジョン・バディング教授、および博士課程の学生シャオユ・ジ氏が共同で行った。

内径1.7ミクロンのガラス毛細管にアモルファスシリコンコアを組み込む

現在使用されている単純な光ファイバーは、柔らかいポリマーコーティングで覆われたガラス管に沿って光子を放出することしかできません。最良の信号はガラスからポリマーに反射することで光ファイバー内に保持されるため、長距離伝送中に信号が失われることはほとんどありません。残念ながら、コンピューターから送信されるすべてのデータは、送信側で高価な電気光変換モジュールを使用する必要があります。

同様に、受信機はコンピューターであり、受信側には高価な光電変換器が必要です。信号を強めるために、異なる都市間の超長距離では、「中継器」がより感度の高い光電変換を実行し、電子を増幅し、次に超電光変換器を通過して光信号を次の中継器に渡して、最終的に目的地に到達する必要があります。

ペンシルベニア州立大学の研究者たちは、スマート半導体を詰め込んだ光ファイバーを開発し、光ファイバー自体に電気-光-電気変換機能を持たせたいと考えている。現在、研究チームはまだ目標には達していないが、半導体光ファイバーに必要な材料をすべて組み合わせることに成功し、光子と電子を同時に伝送できることを証明した。次に、光ファイバーの両端に単結晶シリコンをパターン化して、必要な光-電気変換と電気-光変換をリアルタイムで実行する必要がある。

バディング氏は2006年にシリコン充填ファイバーの使用可能性を実証し、その後、ジ氏は博士論文研究でレーザーを使用して高純度単結晶シリコンゲルマニウムとガラス毛細管を組み合わせました。その結果、2,000倍も長いスマートモノシリコンシールが誕生し、バディング氏の高効率なオリジナルプロトタイプが商業的に実現可能な材料へと生まれ変わりました。

ペンシルベニア州立大学材料科学科の博士課程の学生であるシャオユ・ジさんは、アルゴンヌ国立研究所で結晶化試験を行っています。

この超小型単結晶シリコンコアにより、Ji はレーザースキャナーを使用して、ガラスコアの中心にある結晶構造を華氏 750 ～ 900 度の温度で溶かして精製することができ、ガラスのシリコン汚染を防ぐことができます。

そのため、バッディング氏の最初の試みから、スマート半導体と単純な光ファイバーを同じ光電気光ファイバーで組み合わせるまでに 10 年以上かかりました。

次に、研究者らは、（スマートファイバーが単純なファイバーに匹敵する伝送速度と品質に達するように）最適化し、内視鏡、イメージング、ファイバーレーザーなどの実際のアプリケーション向けにシリコンゲルマニウムをパターン化する作業を開始する予定です。