Forskare vid Penn State University i USA sa att snart kommer halvledarkärnfibern själv att kunna utföra dyr "elektrisk-optisk-elektrisk" omvandling utan att förlita sig på de elektrisk-optiska (elektronisk-optiska) omvandlarna och dyra optiska- elektroniska omvandlare i den mottagande änden.

Denna nya uppfinning är att kombinera en enkristallkiselkärna i en glaskapillär med en innerdiameter på 1,7 mikron och stelna och försegla i båda ändar för att bilda enkristallkisel, och därigenom kombinera billigare enkristallkiselgermanium och enkristallkisel i båda ändar .Denna forskning utfördes gemensamt av professorerna Venkatraman Gopalan och John Badding vid institutionen för materialvetenskap och teknik vid Penn State University, och doktoranden Xiaoyu Ji.

Inkorporera en amorf kiselkärna i en glaskapillär med en innerdiameter på 1,7 mikron

Den enkla optiska fibern som används idag kan bara avge fotoner längs ett glasrör täckt med en mjuk polymerbeläggning.Den bästa signalen behålls i den optiska fibern genom att reflekteras från glaset till polymeren, så det sker nästan ingen signalförlust under långdistansöverföringen.Tyvärr kräver all data som överförs från datorn användning av dyra elektrooptiska omvandlingsmoduler vid sändningsänden.

På samma sätt är mottagaren en dator som kräver dyra fotoelektriska omvandlare i den mottagande änden.För att stärka signalen kräver det ultralånga avståndet mellan olika städer en "repeater" för att utföra en känsligare optisk-elektrisk omvandling, sedan förstärka elektronerna och sedan passera genom en superelektrooptisk omvandlare för att låta den optiska signalen gå vidare till nästa Reläet når äntligen sin destination.

Forskare vid Penn State University hoppas kunna utveckla optiska fibrer fyllda med smarta halvledare, vilket ger dem möjlighet att utföra elektrisk-optisk-elektrisk omvandling på egen hand.I dagsläget har forskargruppen ännu inte nått sitt mål, men har framgångsrikt kombinerat alla nödvändiga material i sin optiska halvledarfiber och bevisat att den kan överföra fotoner och elektroner samtidigt.Därefter måste de mönstra enkristallkisel på båda ändarna av den optiska fibern för att utföra den nödvändiga optisk-elektriska och elektrisk-optiska omvandlingen i realtid.

Badding visade möjligheten att använda kiselfyllda fibrer 2006, och Ji använde sedan lasrar för att kombinera högrent enkristallkiselgermanium med glaskapillärer i sin doktorsavhandling.Resultatet är en smart monokiseltätning som är 2 000 gånger längre, som omvandlar Baddings högeffektiva originalprototyp till ett kommersiellt gångbart material.

Xiaoyu Ji, doktorand vid institutionen för materialvetenskap vid Penn State University, genomför kristallisationstester vid Argonne National Laboratory

Denna ultralilla enkristallkiselkärna tillåter Ji att använda en laserskanner för att smälta och förfina kristallstrukturen i mitten av glaskärnan vid en temperatur på 750-900 grader Fahrenheit, och därigenom undvika kiselkontamination av glaset.

Därför har det tagit mer än 10 år från Baddings första försök att kombinera smarta halvledare och enkla optiska fibrer med samma optisk-elektriska fiber.

Därefter kommer forskarna att börja optimera (för att få den smarta fibern att nå överföringshastigheten och kvaliteten som är jämförbar med den enkla fibern), och mönstra kiselgermaniumet för praktiska tillämpningar, inklusive endoskop, bildbehandling och fiberlasrar.