这条光纤不需转换器也能实现“电-光-电”转换

美国宾州州立大学(Penn State)的研究人员表示，很快地，半导体纤芯(core)光纤本身或许就能够执行昂贵的“电-光-电”转换，而无需依赖发射端的电-光(electronic-optical)转换器，以及接收端昂贵的光电(optical-electronic)转换器。

这项新发明是在1.7微米内径的玻璃毛细管中结合单晶硅芯，并在两端固化密封，形成单晶硅，从而在两端结合了较便宜的单晶硅锗以及单晶硅。这项研究是由美国宾州州立大学(Penn State)材材料科学与工程系教授Venkatraman Gopalan、John Badding以及博士研究生Xiaoyu Ji共同执行的。

在1.7微米内径的玻璃毛细管内结合非晶硅芯 （来源：Penn State）

当今所使用的简易型光纤仅能沿着由软性聚合物涂层包覆的玻璃管道发射光子。最佳的信号经由从玻璃反射至聚合物的方式保留于光纤中，因而在长距离的传输过程中几乎无任何信号损耗。遗憾的是，从计算机传送的所有数据都需要在发射端使用昂贵的电光转换模块。

同样地，接收器也是一个需要在接收端使用昂贵光电转换器的计算机。为了加强信号，不同城市之间的超长距离需要“中继器”进行更高灵敏度的光-电转换，接着放大电子，然后再经过超强的电光转换器，让光信号通过至下一个中继器，最终到达其目的地。

宾州州立大学的研究人员们希望开发以智能半导体填充的光纤，赋予其可在自身进行电-光-电转换的能力。目前，该研究团队尚未达到目标，但已成功地在其半导体光纤中结合需要的所有材料，并证实能同时传送光子与电子。接下来，他们需要在光纤的两端图案化单晶硅，以便实时执行必要的光-电与电-光转换。

Badding曾在2006年首次展示采用硅填充光纤的可行性，Ji接着在其博士论文研究中利用雷射结合了高纯度的单晶硅锗与玻璃毛细管。其结果是更长2,000倍的智慧单硅晶密封，从而将Badding的高效率原始原型转换成商用化可行的材料。

宾州州立大学材料科学系博士候选人Xiaoyu Ji在阿贡国家实验室进行结晶测试 （来源：Penn State）

这种超小的单晶硅芯也让Ji得以使用雷射扫描仪，以华氏750-900度的温度在玻璃芯的中央熔融和精炼晶体结构，从而避免硅污染玻璃。

因此，从Badding首度尝试，到完美结合智能半导体与简易型光纤于相同的光-电光纤，已经花了10年多的时间了。

接下来，研究人员将开始进行优化(以便使智能光纤达到媲美简易型光纤的传输速度与质量)，并为实际应用图案化硅锗，包括内视镜、成像与光纤雷射等。

编译：Susan Hong

本文授权编译自EE Times，版权所有，谢绝转载

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