Forskere ved Penn State University i USA sa at snart vil halvlederkjernefiberen i seg selv være i stand til å utføre kostbar "elektrisk-optisk-elektrisk" konvertering uten å stole på de elektrisk-optiske (elektronisk-optiske) omformere og dyre optiske- elektroniske omformere på mottakersiden.

Denne nye oppfinnelsen er å kombinere en enkeltkrystall silisiumkjerne i en glasskapillær med en indre diameter på 1,7 mikron, og størkne og forsegle i begge ender for å danne enkrystall silisium, og dermed kombinere billigere enkrystall silisium germanium og enkrystall silisium i begge ender .Denne forskningen ble utført i fellesskap av professorene Venkatraman Gopalan og John Badding ved Institutt for materialvitenskap og ingeniørvitenskap ved Penn State University, og doktorgradsstudent Xiaoyu Ji.

Innlemme en amorf silisiumkjerne i en glasskapillær med en indre diameter på 1,7 mikron

Den enkle optiske fiberen som brukes i dag kan bare sende ut fotoner langs et glassrør dekket med et mykt polymerbelegg.Det beste signalet beholdes i den optiske fiberen ved å reflektere fra glasset til polymeren, så det er nesten ikke noe signaltap under langdistanseoverføringen.Dessverre krever alle data som overføres fra datamaskinen bruk av dyre elektro-optiske konverteringsmoduler ved overføringsenden.

På samme måte er mottakeren en datamaskin som krever dyre fotoelektriske omformere i mottakerenden.For å styrke signalet krever den ultralange avstanden mellom forskjellige byer en "repeater" for å utføre en mer følsom optisk-elektrisk konvertering, for så å forsterke elektronene og deretter gå gjennom en super elektro-optisk omformer for å la det optiske signalet gå videre til neste Reléet når endelig målet.

Forskere ved Penn State University håper å utvikle optiske fibre fylt med smarte halvledere, noe som gir dem muligheten til å utføre elektrisk-optisk-elektrisk konvertering på egenhånd.Foreløpig har forskerteamet ikke nådd målet sitt ennå, men har vellykket kombinert alle nødvendige materialer i sin optiske halvlederfiber og bevist at den kan overføre fotoner og elektroner samtidig.Deretter må de mønstre enkeltkrystallsilisium på begge ender av den optiske fiberen for å utføre den nødvendige optisk-elektriske og elektrisk-optiske konverteringen i sanntid.

Badding demonstrerte gjennomførbarheten av å bruke silisiumfylte fibre i 2006, og Ji brukte deretter lasere for å kombinere høyrent enkeltkrystallsilisiumgermanium med glasskapillærer i sin doktorgradsavhandling.Resultatet er en smart monosilisiumforsegling som er 2000 ganger lengre, som konverterer Baddings høyeffektive originale prototype til et kommersielt levedyktig materiale.

Xiaoyu Ji, en doktorgradskandidat ved Institutt for materialvitenskap ved Penn State University, gjennomfører krystalliseringstester ved Argonne National Laboratory

Denne ultra-lille enkrystall silisiumkjernen lar også Ji bruke en laserskanner for å smelte og forfine krystallstrukturen i midten av glasskjernen ved en temperatur på 750-900 grader Fahrenheit, og dermed unngå silisiumforurensning av glasset.

Derfor har det tatt mer enn 10 år fra Baddings første forsøk på å kombinere smarte halvledere og enkle optiske fibre med samme optisk-elektriske fiber.

Deretter vil forskerne begynne å optimalisere (for å få den smarte fiberen til å nå overføringshastigheten og kvaliteten som kan sammenlignes med den enkle fiberen), og mønstre silisiumgermaniumet for praktiske bruksområder, inkludert endoskoper, bildebehandling og fiberlasere.