Các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Pennsylvania ở Hoa Kỳ cho biết, chẳng bao lâu nữa, sợi lõi bán dẫn có thể thực hiện chuyển đổi “điện-quang-điện” đắt tiền mà không cần dựa vào các bộ chuyển đổi quang điện (điện tử-quang) và các bộ chuyển đổi quang-điện đắt tiền. bộ chuyển đổi điện tử ở đầu nhận.

Phát minh mới này là kết hợp lõi silicon đơn tinh thể trong mao quản thủy tinh có đường kính trong 1,7 micron, đông đặc và bịt kín ở cả hai đầu để tạo thành silicon đơn tinh thể, từ đó kết hợp gecmani silicon đơn tinh thể rẻ hơn và silicon đơn tinh thể ở cả hai đầu. .Nghiên cứu này được thực hiện bởi các giáo sư Venkatraman Gopalan và John Badding tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại Đại học bang Pennsylvania và nghiên cứu sinh tiến sĩ Xiaoyu Ji.

Kết hợp lõi silicon vô định hình trong mao quản thủy tinh có đường kính trong 1,7 micron

Sợi quang đơn giản được sử dụng ngày nay chỉ có thể phát ra các photon dọc theo một ống thủy tinh được phủ một lớp polymer mềm.Tín hiệu tốt nhất được giữ lại trong sợi quang bằng cách phản xạ từ thủy tinh đến polymer nên hầu như không bị mất tín hiệu trong quá trình truyền đi đường dài.Thật không may, tất cả dữ liệu được truyền từ máy tính đều yêu cầu sử dụng các mô-đun chuyển đổi quang điện đắt tiền ở đầu truyền.

Tương tự, máy thu là một máy tính yêu cầu bộ chuyển đổi quang điện đắt tiền ở đầu thu.Để tăng cường tín hiệu, khoảng cách siêu dài giữa các thành phố khác nhau cần có một “bộ lặp” để thực hiện chuyển đổi quang-điện nhạy hơn, sau đó khuếch đại các electron, sau đó đi qua bộ chuyển đổi siêu quang để cho tín hiệu quang chuyển sang cái tiếp theo Rơle cuối cùng cũng đến đích.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Pennsylvania hy vọng sẽ phát triển được các sợi quang chứa chất bán dẫn thông minh, giúp chúng có khả năng tự thực hiện chuyển đổi điện-quang-điện.Hiện tại, nhóm nghiên cứu vẫn chưa đạt được mục tiêu nhưng đã kết hợp thành công tất cả các vật liệu cần thiết trong sợi quang bán dẫn của nó và chứng minh rằng nó có thể truyền photon và electron cùng một lúc.Tiếp theo, họ cần tạo mẫu silicon đơn tinh thể ở cả hai đầu của sợi quang để thực hiện chuyển đổi quang-điện và quang-điện cần thiết trong thời gian thực.

Badding đã chứng minh tính khả thi của việc sử dụng sợi chứa đầy silicon vào năm 2006, và sau đó Ji đã sử dụng tia laser để kết hợp germanium silicon đơn tinh thể có độ tinh khiết cao với mao quản thủy tinh trong nghiên cứu luận án tiến sĩ của mình.Kết quả là một con dấu monosilicon thông minh dài hơn 2.000 lần, giúp biến nguyên mẫu ban đầu có hiệu suất cao của Badding thành vật liệu có thể sử dụng được về mặt thương mại.

Xiaoyu Ji, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Khoa Khoa học Vật liệu tại Đại học bang Pennsylvania, tiến hành các thử nghiệm kết tinh tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne

Lõi silicon đơn tinh thể siêu nhỏ này cũng cho phép Ji sử dụng máy quét laser để làm tan chảy và tinh chỉnh cấu trúc tinh thể ở trung tâm lõi thủy tinh ở nhiệt độ 750-900 độ F, từ đó tránh làm ô nhiễm silicon cho kính.

Do đó, phải mất hơn 10 năm kể từ nỗ lực đầu tiên của Badding để kết hợp chất bán dẫn thông minh và sợi quang đơn giản với cùng một sợi quang-điện.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu sẽ bắt đầu tối ưu hóa (để làm cho sợi thông minh đạt tốc độ truyền và chất lượng tương đương với sợi đơn giản) và tạo mẫu silicon germanium cho các ứng dụng thực tế, bao gồm máy nội soi, hình ảnh và laser sợi quang.