Дослідники з Університету штату Пенсільванія в Сполучених Штатах заявили, що незабаром напівпровідникове волокно з серцевиною може самостійно виконувати дороге «електричне-оптико-електричне» перетворення, не покладаючись на електро-оптичні (електронно-оптичні) перетворювачі та дорогі оптичні електронні перетворювачі на приймальному кінці.

Цей новий винахід полягає в об’єднанні монокристалічного кремнієвого ядра в скляному капілярі з внутрішнім діаметром 1,7 мікрона, затвердінні та герметизації на обох кінцях для формування монокристалічного кремнію, таким чином поєднуючи дешевший монокристал кремнію германій і монокристал кремнію на обох кінцях .Це дослідження було проведено спільно професорами Венкатраманом Гопаланом і Джоном Баддінгом з факультету матеріалознавства та інженерії Університету штату Пенсільванія та докторантом Сяоюй Цзі.

Включіть серцевину з аморфного кремнію в скляний капіляр із внутрішнім діаметром 1,7 мкм

Просте оптичне волокно, яке використовується сьогодні, може випромінювати фотони лише вздовж скляної трубки, покритої м’яким полімерним покриттям.Найкраще сигнал утримується в оптичному волокні шляхом відбиття від скла до полімеру, тому під час передачі на великі відстані втрати сигналу практично відсутні.На жаль, усі дані, що передаються з комп’ютера, потребують використання дорогих електрооптичних модулів перетворення на передавальній стороні.

Подібним чином приймач — це комп’ютер, для якого на приймальному кінці потрібні дорогі фотоелектричні перетворювачі.Щоб посилити сигнал, надвелика відстань між різними містами вимагає «ретранслятора», який виконує більш чутливе оптико-електричне перетворення, потім посилює електрони, а потім пропускає через суперелектрооптичний перетворювач, щоб пропускати оптичний сигнал перейти до наступного Реле нарешті досягає місця призначення.

Дослідники з Університету штату Пенсільванія сподіваються розробити оптичні волокна, наповнені інтелектуальними напівпровідниками, що дасть їм можливість виконувати електричне-оптико-електричне перетворення самостійно.Наразі дослідницька група ще не досягла своєї мети, але успішно поєднала всі необхідні матеріали у своєму напівпровідниковому оптичному волокні та довела, що воно може передавати фотони та електрони одночасно.Далі їм потрібно створити візерунок монокристалічного кремнію на обох кінцях оптичного волокна, щоб виконати необхідне оптико-електричне та електро-оптичне перетворення в реальному часі.

У 2006 році Баддінг продемонстрував доцільність використання наповнених кремнієм волокон, а потім Джі використав лазери для поєднання високочистого монокристалічного кремнієвого германію зі скляними капілярами в своїй докторській дисертації.Результатом є розумне монокремнієве ущільнення, яке у 2000 разів довше, перетворює високоефективний оригінальний прототип Badding на комерційно життєздатний матеріал.

Сяоюй Цзі, кандидат на кафедрі матеріалознавства Університету штату Пенсільванія, проводить випробування кристалізації в Аргоннській національній лабораторії

Цей надмалий монокристалічний кремнієвий сердечник також дозволяє Ji використовувати лазерний сканер для плавлення та вдосконалення кристалічної структури в центрі скляного сердечника при температурі 750-900 градусів за Фаренгейтом, таким чином уникаючи забруднення скла кремнієм.

Таким чином, минуло більше 10 років від першої спроби Баддінга поєднати розумні напівпровідники та прості оптичні волокна з одним оптико-електричним волокном.

Далі дослідники почнуть оптимізувати (щоб змусити розумне волокно досягти швидкості передачі та якості, порівнянної з простим волокном) і моделювати кремнієвий германій для практичного застосування, включаючи ендоскопи, візуалізацію та волоконні лазери.