Onderzoekers aan de Penn State University in de Verenigde Staten zeiden dat de halfgeleiderkernvezel zelf binnenkort wellicht in staat zal zijn om dure “elektrisch-optisch-elektrisch” conversies uit te voeren zonder afhankelijk te zijn van de elektrisch-optische (elektronisch-optische) converters en dure optisch-elektronische converters aan de ontvangende kant.

Deze nieuwe uitvinding is om een ​​monokristallijne siliciumkern te combineren in een glazen capillair met een binnendiameter van 1,7 micron, en aan beide uiteinden te stollen en te verzegelen om monokristallijn silicium te vormen, waardoor goedkoper monokristallijn siliciumgermanium en monokristallijn silicium aan beide uiteinden worden gecombineerd. Dit onderzoek werd gezamenlijk uitgevoerd door de professoren Venkatraman Gopalan en John Badding van de afdeling Material Science and Engineering aan de Penn State University, en doctoraalstudent Xiaoyu Ji.

Een amorfe siliciumkern in een glazen capillair met een binnendiameter van 1,7 micron inbouwen

De eenvoudige optische vezel die tegenwoordig wordt gebruikt, kan alleen fotonen uitzenden langs een glazen buis die is bedekt met een zachte polymeercoating. Het beste signaal wordt in de optische vezel vastgehouden door reflectie van het glas naar het polymeer, dus er is bijna geen signaalverlies tijdens de langeafstandstransmissie. Helaas vereisen alle gegevens die vanaf de computer worden verzonden het gebruik van dure elektro-optische conversiemodules aan het verzendende einde.

Op dezelfde manier is de ontvanger een computer die dure foto-elektrische converters nodig heeft aan de ontvangende kant. Om het signaal te versterken, vereist de ultralange afstand tussen verschillende steden een "repeater" om een ​​gevoeligere optisch-elektrische conversie uit te voeren, vervolgens de elektronen te versterken en vervolgens door een super elektro-optische converter te gaan om het optische signaal door te laten naar de volgende. Het relais bereikt uiteindelijk zijn bestemming.

Onderzoekers van Penn State University hopen optische vezels te ontwikkelen die gevuld zijn met slimme halfgeleiders, waardoor ze in staat zijn om zelf elektrisch-optisch-elektrisch om te zetten. Op dit moment heeft het onderzoeksteam zijn doel nog niet bereikt, maar het heeft met succes alle benodigde materialen gecombineerd in zijn halfgeleider optische vezel en bewezen dat het tegelijkertijd fotonen en elektronen kan overbrengen. Vervolgens moeten ze monokristallijn silicium aan beide uiteinden van de optische vezel patrooneren om de benodigde optisch-elektrische en elektrisch-optische omzetting in realtime uit te voeren.

Badding toonde in 2006 de haalbaarheid van het gebruik van met silicium gevulde vezels aan, en Ji gebruikte vervolgens lasers om hoogzuiver enkelkristal siliciumgermanium te combineren met glazen capillairen in zijn doctoraalscriptieonderzoek. Het resultaat is een slimme monosiliciumafdichting die 2000 keer langer is, wat Baddings zeer efficiënte originele prototype omzet in een commercieel levensvatbaar materiaal.

Xiaoyu Ji, een promovendus bij de afdeling Materiaalkunde aan de Penn State University, voert kristallisatietesten uit bij het Argonne National Laboratory

Dankzij deze ultrakleine enkelkristallijne siliciumkern kan Ji ook een laserscanner gebruiken om de kristalstructuur in het midden van de glaskern te smelten en te verfijnen bij een temperatuur van 750-900 graden Fahrenheit, waardoor siliciumverontreiniging van het glas wordt voorkomen.

Het heeft dus meer dan 10 jaar geduurd vanaf Baddings eerste poging tot het combineren van slimme halfgeleiders en eenvoudige optische vezels met dezelfde optisch-elektrische vezel.

Vervolgens gaan de onderzoekers het siliciumgermanium optimaliseren (zodat de slimme vezel een transmissiesnelheid en -kwaliteit bereikt die vergelijkbaar is met die van de eenvoudige vezel) en het modelleren voor praktische toepassingen, zoals endoscopen, beeldvorming en vezellasers.