Naukowcy z Penn State University w Stanach Zjednoczonych twierdzą, że wkrótce półprzewodnikowe włókno z rdzeniem będzie w stanie samodzielnie przeprowadzać kosztowną konwersję „elektryczno-optyczną-elektryczną” bez polegania na przetwornikach elektryczno-optycznych (elektroniczno-optycznych) i drogich konwertery elektroniczne po stronie odbiorczej.

Ten nowy wynalazek polega na połączeniu rdzenia z monokrystalicznego krzemu w szklanej kapilarze o średnicy wewnętrznej 1,7 mikrona oraz zestaleniu i uszczelnieniu na obu końcach, tworząc monokrystaliczny krzem, łącząc w ten sposób tańszy monokrystaliczny krzem, german i monokrystaliczny krzem na obu końcach .Badania te przeprowadzili wspólnie profesorowie Venkatraman Gopalan i John Badding z Wydziału Nauki o Materiałach i Inżynierii na Penn State University oraz doktorant Xiaoyu Ji.

Włączyć amorficzny rdzeń krzemowy do szklanej kapilary o wewnętrznej średnicy 1,7 mikrona

Stosowany obecnie prosty światłowód może emitować fotony jedynie wzdłuż szklanej rurki pokrytej miękką powłoką polimerową.Najlepszy sygnał jest zatrzymywany w światłowodzie poprzez odbicie od szkła do polimeru, dzięki czemu podczas transmisji na duże odległości prawie nie dochodzi do utraty sygnału.Niestety wszystkie dane przesyłane z komputera wymagają stosowania kosztownych modułów konwersji elektrooptycznej po stronie nadawczej.

Podobnie odbiornik jest komputerem, który wymaga drogich przetworników fotoelektrycznych po stronie odbiorczej.Aby wzmocnić sygnał, bardzo duża odległość między różnymi miastami wymaga „wzmacniacza”, który wykona bardziej czułą konwersję optyczno-elektryczną, następnie wzmocni elektrony, a następnie przejdzie przez superkonwerter elektrooptyczny, aby umożliwić sygnał optyczny przejść do następnego Przekaźnik w końcu dociera do celu.

Naukowcy z Penn State University mają nadzieję opracować światłowody wypełnione inteligentnymi półprzewodnikami, które umożliwią im samodzielne przeprowadzanie konwersji elektryczno-optyczno-elektrycznej.Obecnie zespół badawczy nie osiągnął jeszcze swojego celu, ale z powodzeniem połączył wszystkie wymagane materiały w swoim półprzewodnikowym światłowodzie i udowodnił, że może on przesyłać jednocześnie fotony i elektrony.Następnie muszą uformować monokrystaliczny krzem na obu końcach światłowodu, aby przeprowadzić niezbędną konwersję optyczno-elektryczną i elektryczno-optyczną w czasie rzeczywistym.

W 2006 roku Badding wykazał wykonalność stosowania włókien wypełnionych krzemem, a następnie Ji w swojej pracy doktorskiej wykorzystał lasery do połączenia monokrystalicznego krzemu germanu o wysokiej czystości ze szklanymi kapilarami.Rezultatem jest inteligentna uszczelka monokrzemowa, która jest 2000 razy dłuższa, co przekształca wysokowydajny oryginalny prototyp firmy Badding w materiał opłacalny komercyjnie.

Xiaoyu Ji, doktorant na Wydziale Inżynierii Materiałowej na Penn State University, prowadzi testy krystalizacji w Argonne National Laboratory

Ten wyjątkowo mały, monokrystaliczny rdzeń krzemowy pozwala również Ji na użycie skanera laserowego do stopienia i udoskonalenia struktury kryształu w środku szklanego rdzenia w temperaturze 750-900 stopni Fahrenheita, unikając w ten sposób zanieczyszczenia szkła krzemem.

Dlatego też od pierwszej próby połączenia przez Baddinga inteligentnych półprzewodników i prostych włókien optycznych z tym samym światłowodem minęło ponad 10 lat.

Następnie badacze zaczną optymalizować (aby inteligentne włókno osiągnęło prędkość transmisji i jakość porównywalną z prostym włóknem) oraz modelować german krzemowy do zastosowań praktycznych, w tym w endoskopach, obrazowaniu i laserach światłowodowych.