Исследователи из Университета штата Пенсильвания в США заявили, что вскоре само полупроводниковое волокно сможет выполнять дорогостоящее «электрооптическое-электрическое» преобразование без необходимости использования электрооптических (электронно-оптических) преобразователей и дорогостоящих оптико-электронных преобразователей на приемном конце.

Это новое изобретение заключается в объединении монокристаллического кремниевого ядра в стеклянном капилляре с внутренним диаметром 1,7 микрона, а также затвердевании и герметизации с обоих концов для образования монокристаллического кремния, тем самым объединяя более дешевый монокристаллический кремний-германий и монокристаллический кремний с обоих концов. Это исследование было проведено совместно профессорами Венкатраманом Гопаланом и Джоном Баддингом на кафедре материаловедения и инженерии в Университете штата Пенсильвания и докторантом Сяоюй Цзи.

Встроить аморфный кремниевый сердечник в стеклянный капилляр с внутренним диаметром 1,7 мкм.

Простое оптическое волокно, используемое сегодня, может излучать фотоны только вдоль стеклянной трубки, покрытой мягким полимерным покрытием. Лучший сигнал сохраняется в оптоволокне за счет отражения от стекла в полимер, поэтому при передаче на большие расстояния потери сигнала практически отсутствуют. К сожалению, все данные, передаваемые с компьютера, требуют использования дорогостоящих электрооптических преобразовательных модулей на передающем конце.

Аналогично, приемник — это компьютер, который требует дорогостоящих фотоэлектрических преобразователей на приемном конце. Для усиления сигнала сверхбольшое расстояние между разными городами требует «ретранслятора», который должен выполнить более чувствительное оптико-электрическое преобразование, затем усилить электроны, а затем пройти через суперэлектрооптический преобразователь, чтобы позволить оптическому сигналу пройти к следующему. Ретранслятор наконец достигает своего пункта назначения.

Исследователи из Университета штата Пенсильвания надеются разработать оптические волокна, заполненные интеллектуальными полупроводниками, что даст им возможность выполнять электрическое-оптическое-электрическое преобразование самостоятельно. В настоящее время исследовательская группа еще не достигла своей цели, но успешно объединила все необходимые материалы в своем полупроводниковом оптическом волокне и доказала, что оно может передавать фотоны и электроны одновременно. Далее им необходимо нанести рисунок монокристаллического кремния на оба конца оптического волокна, чтобы выполнять необходимое оптико-электрическое и электрико-оптическое преобразование в реальном времени.

Баддинг продемонстрировал возможность использования заполненных кремнием волокон в 2006 году, а затем Цзи использовал лазеры для объединения высокочистого монокристаллического кремния-германия со стеклянными капиллярами в своем исследовании докторской диссертации. Результатом стало интеллектуальное монокремниевое уплотнение, которое в 2000 раз длиннее, что превращает высокоэффективный оригинальный прототип Баддинга в коммерчески жизнеспособный материал.

Сяоюй Цзи, аспирант кафедры материаловедения Университета штата Пенсильвания, проводит испытания по кристаллизации в Аргоннской национальной лаборатории.

Этот сверхмаленький монокристаллический кремниевый сердечник также позволяет Цзи использовать лазерный сканер для плавления и улучшения кристаллической структуры в центре стеклянного сердечника при температуре 750–900 градусов по Фаренгейту, тем самым избегая загрязнения стекла кремнием.

Таким образом, от первой попытки Баддинга до объединения интеллектуальных полупроводников и простых оптических волокон с использованием одного и того же оптоэлектрического волокна прошло более 10 лет.

Далее исследователи приступят к оптимизации (чтобы интеллектуальное волокно достигло скорости передачи данных и качества, сопоставимых с простым волокном) и созданию структуры кремниево-германиевого сплава для практических применений, включая эндоскопы, лазеры для визуализации и волоконные лазеры.