미국 펜실베이니아 주립대 연구진은 머지않아 수신단에서 전기-광(전자-광) 변환기와 값비싼 광-전자 변환기에 의존하지 않고도 반도체 코어 광섬유 자체에서 값비싼 '전기-광-전기' 변환을 수행할 수 있을 것이라고 밝혔다.

이 새로운 발명은 내경이 1.7마이크론인 유리 모세관에 단결정 실리콘 코어를 결합하고, 양쪽 끝을 응고 및 밀봉하여 단결정 실리콘을 형성하여, 더 저렴한 단결정 실리콘 게르마늄과 양쪽 끝에서 단결정 실리콘을 결합하는 것입니다. 이 연구는 펜실베이니아 주립 대학 재료 과학 및 공학과의 Venkatraman Gopalan 교수와 John Badding 교수, 그리고 박사 과정생 Xiaoyu Ji가 공동으로 수행했습니다.

내경이 1.7마이크론인 유리 모세관에 비정질 실리콘 코어를 통합합니다.

오늘날 사용되는 간단한 광섬유는 부드러운 폴리머 코팅으로 덮인 유리 튜브를 따라서만 광자를 방출할 수 있습니다. 가장 좋은 신호는 유리에서 폴리머로 반사되어 광섬유에 유지되므로 장거리 전송 중에 신호 손실이 거의 없습니다. 불행히도 컴퓨터에서 전송되는 모든 데이터는 송신단에서 값비싼 전기 광학 변환 모듈을 사용해야 합니다.

마찬가지로 수신기는 수신단에 값비싼 광전 변환기가 필요한 컴퓨터입니다. 신호를 강화하기 위해 서로 다른 도시 간의 초장거리는 더 민감한 광-전기 변환을 수행하는 "중계기"가 필요하고, 그런 다음 전자를 증폭한 다음 초고 전기-광학 변환기를 통과하여 광 신호를 다음 중계기로 전달합니다. 릴레이는 마침내 목적지에 도착합니다.

펜실베이니아 주립 대학의 연구자들은 스마트 반도체로 채워진 광섬유를 개발하여 스스로 전기-광-전기 변환을 수행할 수 있는 능력을 부여하고자 합니다. 현재 연구팀은 아직 목표에 도달하지 못했지만 반도체 광섬유에 필요한 모든 재료를 성공적으로 결합했으며 광자와 전자를 동시에 전송할 수 있음을 증명했습니다. 다음으로 광섬유의 양쪽 끝에 단결정 실리콘을 패터닝하여 필요한 광-전기 및 전기-광 변환을 실시간으로 수행해야 합니다.

배딩은 2006년에 실리콘으로 채워진 파이버를 사용하는 것이 가능하다는 것을 입증했고, 지는 레이저를 사용하여 고순도 단결정 실리콘 게르마늄을 유리 모세관과 결합했습니다. 그 결과 2,000배 더 긴 스마트 모노실리콘 씰이 탄생했는데, 이는 배딩의 고효율 원래 프로토타입을 상업적으로 실행 가능한 소재로 전환합니다.

펜실베이니아 주립 대학교 재료 과학과의 박사 후보생인 Xiaoyu Ji가 Argonne National Laboratory에서 결정화 테스트를 실시하고 있습니다.

이 초소형 단결정 실리콘 코어를 사용하면 Ji는 레이저 스캐너를 사용하여 화씨 750~900도의 온도에서 유리 코어 중앙의 결정 구조를 녹이고 정제할 수 있으므로 유리의 실리콘 오염을 방지할 수 있습니다.

따라서, 바딩이 최초로 스마트 반도체와 간단한 광섬유를 동일한 광-전기 광섬유로 결합하는 시도를 한 이후까지 10년 이상이 걸렸습니다.

다음으로, 연구진은 스마트 광섬유의 전송 속도와 품질이 단순 광섬유와 비슷해지도록 최적화하고, 내시경, 영상, 파이버 레이저 등 실용적 응용 분야에 실리콘 게르마늄을 패터닝할 예정이다.