Исследователи работают с полупроводниковым оптоволокном, которое считает значительные преимущества перед основанной на кварце волоконной оптикой, современной технологией используемыми для передачи почти всех цифровых данных. Кварц – стекло – волокна может только передать электронные данные, преобразованные в легкие данные.
Это требует внешних электронных устройств, которые являются дорогими и потребляют огромные суммы электричества. Полупроводниковые волокна, однако, могут передать и легкие и электронные данные и могли бы также быть в состоянии закончить преобразование от электрического до оптических данных на лету во время передачи, улучшая скорость доставки.
Думайте об этих преобразованиях как о наклонных съездах на информационной супермагистрали, сказал Венкэтрэмен Гопалан, преподаватель материаловедения и разработки, Государственного университета Пенсильвании. Чем меньше выходы, которые берут данные, тем быстрее информация едет. Назовите его «оптоэлектроникой демонстрационного полета», сказал он.В 2006 исследователи, во главе с Джоном Бэддингом, преподавателем химии, физики, и материаловедения и разработки, сначала развивали кремниевые волокна, включая кремний и другие полупроводниковые материалы в капилляры волокна кварца.
Волокна, состоявшие из серии кристаллов, были ограничены в их способности передать данные потому что недостатки, такие как границы зерна в поверхностях где много кристаллов в ядре волокна, соединенном вместе, вызванные части света, чтобы рассеяться, разрушив передачу.Метод, разработанный Сяоюй Цзи, докторантом в материаловедении и разработке, изменяет к лучшему поликристаллическое ядро волокна, плавя высокую чистоту аморфное кремниевое ядро, депонированное в стеклянном капилляре внутреннего диаметра на 1,7 микрона, используя лазер просмотра, допуская формирование кремниевых единственных кристаллов, которые были больше чем в 2,000 раз более длинными, чем они были толстыми. Этот метод преобразовывает ядро от поликристалла со многими недостатками к единственному кристаллу с немногими недостатками, который пропускает свет намного более эффективно.Тот процесс, детализированный в трио статей, опубликованных в Фотонике ACS, Продвинутых Оптических Материалах, и Прикладных Письмах о Физике в начале этого года, демонстрирует новую методологию, чтобы улучшить передачу данных, устраняя недостатки в ядре волокна, которое может быть сделано из различных материалов.
Гопалан сказал, что ограничения оборудования помешали кристаллам быть более длинными.Из-за ультрамаленького ядра Цзи смог расплавить и усовершенствовать кристаллическую структуру основного материала при температурах приблизительно 750 – 930 градусов по Фаренгейту, ниже, чем типичный тянущий волокно процесс для кремниевых основных волокон. Более низкие температуры и короткое согревающее время, которым могут управлять лазерная власть и лазерная скорость просмотра также, предотвратили капилляр кварца, у которого есть различные тепловые свойства от смягчения и загрязнения ядра.
«Высокая чистота существенно важна для высокой эффективности, имея дело с материалами, определяемыми для оптического или электрического использования», сказал Цзи.Важная еда на дом, сказал Гопалан, то, что этот новый метод выкладывает методологию для того, как масса материалов может быть включена в волоконную оптику и как пустоты и недостатки могут быть уменьшены, чтобы увеличить эффективность легкой передачи, необходимые шаги к продвижению науки от ее младенчества.«Стеклянная технология взяла нас настолько далеко», сказал Гопалан. «Амбициозная идея, что Badding и моя группа имели приблизительно 10 лет назад, состояла в том, что стекло большое, но можем мы делать больше при помощи многочисленных в электронном виде и оптически активных материалов кроме бесцветного стекла. Именно тогда мы начали пытаться включить полупроводники в стекловолокно».
Как волоконно-оптический кабель, который занял десятилетия, чтобы стать надежным устройством доставки данных, десятилетия работы, вероятно, остаются создавать коммерчески жизнеспособный, полупроводниковые сети волокна. Потребовалось 10 лет для исследователей, чтобы достигнуть поликристаллических волокон к техническим требованиям, которые намного лучше, но все еще не конкурентоспособны по отношению к традиционному волоконно-оптическому кабелю.«Xiaoyu был в состоянии начаться с приятно депонированного аморфного кремниевого и германиевого ядра и использовать лазер, чтобы кристаллизовать их, так, чтобы целое полупроводниковое ядро волокна было одним хорошим единственным кристаллом без границ», сказал Гопалан. «Эта улучшенная легкая и электронная передача.
Теперь мы можем сделать некоторые реальные устройства, не только для коммуникаций, но также и для эндоскопии, отображения, лазеров волокна и еще много».Гопалан сказал, что не находится только в бизнесе создания коммерчески жизнеспособных материалов. Он интересуется мечтанием большого и получение долгого представления на новых технологиях. Возможно, однажды в каждом новом построенном доме могло бы быть полупроводниковое волокно, принося более быстрый Интернет к нему.
«Поэтому мы вошли в это во-первых», сказал Гопалан. «Группа Бэддинга смогла выяснить, как поместить кремний и германий и металлы и другие полупроводники в волокно, и этот метод изменяет к лучшему это».