Исследователи из Университета штата Пенсильвания в США заявили, что вскоре само волокно с полупроводниковой сердцевиной сможет выполнять дорогостоящее «электрооптоэлектрическое» преобразование, не полагаясь на электрооптические (электронно-оптические) преобразователи и дорогостоящие оптические преобразователи. электронные преобразователи на приемной стороне.

Это новое изобретение заключается в объединении сердцевины монокристаллического кремния в стеклянном капилляре с внутренним диаметром 1,7 микрона, а также затвердевании и герметизации на обоих концах с образованием монокристаллического кремния, тем самым объединяя более дешевый монокристаллический кремний-германий и монокристаллический кремний на обоих концах. .Это исследование было проведено совместно профессорами Венкатраманом Гопаланом и Джоном Бэддингом с факультета материаловедения и инженерии Пенсильванского государственного университета, а также докторантом Сяоюй Цзи.

Включите ядро ​​из аморфного кремния в стеклянный капилляр с внутренним диаметром 1,7 микрона.

Простое оптическое волокно, используемое сегодня, может излучать фотоны только по стеклянной трубке, покрытой мягким полимерным покрытием.Наилучший сигнал сохраняется в оптическом волокне за счет отражения от стекла к полимеру, поэтому потери сигнала при передаче на большие расстояния практически отсутствуют.К сожалению, все данные, передаваемые с компьютера, требуют использования дорогостоящих модулей электрооптического преобразования на передающей стороне.

Точно так же приемник представляет собой компьютер, которому на приемной стороне требуются дорогие фотоэлектрические преобразователи.Чтобы усилить сигнал, на сверхдальних расстояниях между разными городами требуется «ретранслятор», который выполняет более чувствительное оптико-электрическое преобразование, затем усиливает электроны, а затем проходит через суперэлектрооптический преобразователь, чтобы оптический сигнал перейти к следующему Реле наконец достигает пункта назначения.

Исследователи из Университета штата Пенсильвания надеются разработать оптические волокна, наполненные интеллектуальными полупроводниками, которые дадут им возможность самостоятельно выполнять электрооптоэлектрическое преобразование.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.Затем им необходимо нанести рисунок монокристаллического кремния на обоих концах оптического волокна, чтобы выполнить необходимое оптико-электрическое и электрооптическое преобразование в реальном времени.

Бэддинг продемонстрировал возможность использования волокон, наполненных кремнием, в 2006 году, а Джи затем использовал лазеры для объединения монокристаллического кремния-германия высокой чистоты со стеклянными капиллярами в своей докторской диссертации.Результатом является умное уплотнение из монокремния, длина которого в 2000 раз больше, что превращает высокоэффективный оригинальный прототип Бэддинга в коммерчески жизнеспособный материал.

Сяоюй Цзи, аспирант кафедры материаловедения Пенсильванского государственного университета, проводит испытания кристаллизации в Аргоннской национальной лаборатории.

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

Таким образом, прошло более 10 лет с момента первой попытки Бэддинга объединить умные полупроводники и простые оптические волокна с одним и тем же оптико-электрическим волокном.

Затем исследователи приступят к оптимизации (чтобы заставить интеллектуальное волокно достичь скорости и качества передачи, сопоставимых с простым волокном) и моделированию германиевого кремния для практических применений, включая эндоскопы, визуализацию и волоконные лазеры.