ABD'deki Penn State Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, yakında yarı iletken çekirdekli fiberin, alıcı taraftaki elektrik-optik (elektronik-optik) dönüştürücülere ve pahalı optik-elektronik dönüştürücülere güvenmeden, pahalı "elektrik-optik-elektrik" dönüşümlerini gerçekleştirebileceğini söyledi.

Bu yeni buluş, 1,7 mikron iç çaplı bir cam kılcalda tek kristal bir silikon çekirdeği birleştirmek ve her iki uçta katılaştırıp mühürleyerek tek kristal silikon oluşturmaktır, böylece daha ucuz tek kristal silikon germanyum ve tek kristal silikon her iki uçta birleştirilir. Bu araştırma, Penn State Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü'nden profesörler Venkatraman Gopalan ve John Badding ile doktora öğrencisi Xiaoyu Ji tarafından ortaklaşa yürütülmüştür.

1,7 mikron iç çaplı bir cam kapilere amorf bir silikon çekirdek yerleştirin

Günümüzde kullanılan basit optik fiber, yalnızca yumuşak bir polimer kaplamayla kaplı bir cam tüp boyunca fotonlar yayabilir. En iyi sinyal, camdan polimere yansıtılarak optik fiberde tutulur, bu nedenle uzun mesafeli iletim sırasında neredeyse hiç sinyal kaybı olmaz. Ne yazık ki, bilgisayardan iletilen tüm veriler, iletim ucunda pahalı elektro-optik dönüşüm modüllerinin kullanılmasını gerektirir.

Benzer şekilde, alıcı, alıcı ucunda pahalı fotoelektrik dönüştürücüler gerektiren bir bilgisayardır. Sinyali güçlendirmek için, farklı şehirler arasındaki ultra uzun mesafe, daha hassas bir optik-elektriksel dönüşüm gerçekleştirmek, ardından elektronları yükseltmek ve ardından optik sinyalin bir sonrakine geçmesini sağlamak için bir süper elektro-optik dönüştürücüden geçmek için bir "tekrarlayıcı" gerektirir. Röle sonunda hedefine ulaşır.

Penn State Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, akıllı yarı iletkenlerle dolu optik fiberler geliştirmeyi ve bu fiberlere kendi başlarına elektrik-optik-elektrik dönüşümleri yapma yeteneği kazandırmayı umuyor. Şu anda araştırma ekibi henüz hedefine ulaşamadı ancak yarı iletken optik fiberinde gerekli tüm malzemeleri başarıyla birleştirdi ve fotonları ve elektronları aynı anda iletebileceğini kanıtladı. Daha sonra, gerekli optik-elektrik ve elektrik-optik dönüşümleri gerçek zamanlı olarak gerçekleştirmek için optik fiberin her iki ucunda tek kristal silikon desenlemeleri gerekiyor.

Badding, 2006 yılında silikon dolgulu liflerin kullanılabilirliğini gösterdi ve Ji daha sonra doktora tezi araştırmasında yüksek saflıktaki tek kristal silikon germanyumu cam kılcal damarlarla birleştirmek için lazerleri kullandı. Sonuç, Badding'in yüksek verimli orijinal prototipini ticari olarak uygulanabilir bir malzemeye dönüştüren 2.000 kat daha uzun akıllı bir monosilikon contadır.

Penn State Üniversitesi Malzeme Bilimi Bölümü'nde doktora adayı olan Xiaoyu Ji, Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda kristalizasyon testleri yürütüyor

Bu ultra küçük tek kristal silikon çekirdek, Ji'nin ayrıca lazer tarayıcı kullanarak cam çekirdeğin merkezindeki kristal yapıyı 750-900 derece Fahrenheit sıcaklıkta eritmesine ve rafine etmesine olanak tanıyor ve böylece camın silikonla kirlenmesini önlüyor.

Dolayısıyla Badding'in akıllı yarı iletkenleri ve basit optik fiberleri aynı optik-elektrik fiberle birleştirmeye yönelik ilk girişiminden bu yana 10 yıldan fazla zaman geçti.

Araştırmacılar daha sonra akıllı fiberin basit fiberle kıyaslanabilir iletim hızına ve kalitesine ulaşmasını sağlamak için silikon germanyumu optimize etmeye ve endoskoplar, görüntüleme ve fiber lazerler gibi pratik uygulamalar için desenlemeye başlayacaklar.