Pesquisadores da Universidade Estadual da Pensilvânia, nos Estados Unidos, disseram que em breve, a própria fibra do núcleo semicondutor poderá ser capaz de realizar a dispendiosa conversão “elétrica-óptica-elétrica” sem depender de conversores elétricos-ópticos (eletrônico-ópticos) e de caros conversores óptico-eletrônicos na extremidade receptora.

Esta nova invenção é combinar um núcleo de silício monocristalino em um capilar de vidro com um diâmetro interno de 1,7 mícrons, e solidificar e selar em ambas as extremidades para formar silício monocristalino, combinando assim o silício monocristalino mais barato germânio e silício monocristalino em ambas as extremidades. Esta pesquisa foi conduzida em conjunto pelos professores Venkatraman Gopalan e John Badding no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Penn State University, e a estudante de doutorado Xiaoyu Ji.

Incorporar um núcleo de silício amorfo em um capilar de vidro com um diâmetro interno de 1,7 mícrons

A fibra óptica simples usada hoje só pode emitir fótons ao longo de um tubo de vidro coberto com um revestimento de polímero macio. O melhor sinal é retido na fibra óptica refletindo do vidro para o polímero, então quase não há perda de sinal durante a transmissão de longa distância. Infelizmente, todos os dados transmitidos do computador exigem o uso de caros módulos de conversão eletro-óptica na extremidade de transmissão.

Da mesma forma, o receptor é um computador que requer conversores fotoelétricos caros na extremidade receptora. Para fortalecer o sinal, a distância ultralonga entre diferentes cidades requer um “repetidor” para executar uma conversão ótico-elétrica mais sensível, então amplificar os elétrons e então passar por um superconversor eletro-óptico para deixar o sinal ótico passar para o próximo. O relé finalmente chega ao seu destino.

Pesquisadores da Penn State University esperam desenvolver fibras ópticas preenchidas com semicondutores inteligentes, dando a eles a capacidade de realizar a conversão elétrica-óptica-elétrica por conta própria. No momento, a equipe de pesquisa ainda não atingiu sua meta, mas combinou com sucesso todos os materiais necessários em sua fibra óptica semicondutora e provou que ela pode transmitir fótons e elétrons ao mesmo tempo. Em seguida, eles precisam padronizar silício monocristalino em ambas as extremidades da fibra óptica para realizar a conversão óptica-elétrica e elétrica-óptica necessária em tempo real.

Badding demonstrou a viabilidade de usar fibras preenchidas com silício em 2006, e Ji então usou lasers para combinar germânio de silício monocristalino de alta pureza com capilares de vidro em sua pesquisa de tese de doutorado. O resultado é uma vedação inteligente de monossilício que é 2.000 vezes mais longa, o que converte o protótipo original de alta eficiência de Badding em um material comercialmente viável.

Xiaoyu Ji, um candidato a doutorado no Departamento de Ciência de Materiais da Penn State University, realiza testes de cristalização no Laboratório Nacional de Argonne

Este núcleo de silício monocristalino ultrapequeno também permite que a Ji use um scanner a laser para derreter e refinar a estrutura cristalina no centro do núcleo de vidro a uma temperatura de 750-900 graus Fahrenheit, evitando assim a contaminação do vidro com silício.

Portanto, levou mais de 10 anos desde a primeira tentativa de Badding de combinar semicondutores inteligentes e fibras ópticas simples com a mesma fibra óptico-elétrica.

Em seguida, os pesquisadores começarão a otimizar (para fazer com que a fibra inteligente alcance velocidade de transmissão e qualidade comparáveis ​​às da fibra simples) e padronizar o silício germânio para aplicações práticas, incluindo endoscópios, imagens e lasers de fibra.