Оптоволоконные кабели помогают нам обеспечить доступ в интернет, в то время как кремнивые полупроводники позволяют создавать микроэлектронные устройства. Однако теперь объединенной команде из Университетов штата Пенсильвания и Саутгемптона удалось разработать новый способ комбинации этих технологий.
Исследователи создали полупроводниковое устройство, включающее в себя транзистор внутри микроскопического оптоволоконного кабеля. В результате появилась возможность генерировать и управлять сигналами внутри световода. Новое изобретение может найти применение в различных отраслях, например в медицине, компьютерной технике и производстве различных сенсорных устройств. Если учесть, что интеграция электроники происходит непосредственно в оптоволоконный материал, в результате чего при разработке принимающих чипов не потребуется использовать сложных преобразователей, и волокно можно подключать к простым электронным коннекторам. А это позволит значительно снизить стоимость телекоммуникационного оборудования.
Волоконно-оптический световод доказал, что он может быть идеальной средой для передачи световых сигналов, в то время как кристалл-полупроводник является способом для управления электронами. Одна из важнейших технологических задач заключается в том, чтобы обеспечить обмен между информацией между оптикой и электроникой быстро и эффективно. Новое изобретение поможет свести две различные среды в единое целое.
«Это изобретение является основой для технологии, которая будет способствовать созданию широкого диапазона устройств внутри оптоволокна», — заявил Джон Баддинг, профессор химии в Университете штата Пенсильвания. В то время как оптический кабель передает данные, полупроводниковое устройство позволяет активно манипулировать светом, включая генерацию, детектирование и усиление сигнала, а также контроль длины волны.
Ключевая особенность заключается в возможности сформировать кристаллический полупроводник, который практически заполняет внутренний диаметр очень узкого стеклянного капилляра. Сами капилляры представляют собой оптические волокна — длинные светоотражающие трубочки, способные передавать сигналы сразу на многих длинах волны одновременно. Когда трубка заполнена кристаллическим полупроводником, таким как германий, полупроводник формирует провод внутри оптического кабеля. Комбинация оптических и электрических возможностей обеспечивает платформу для разработки новых оптикоэлектронных устройств.
Помимо простых устройств, которые были продемонстрированы в рамках исследований, команда разработчиков видит потенциал для применения встроенных полупроводников для переноса оптикоэлектронных приложений на следующий уровень. «В настоящее время все еще используются электрические переключатели с обоих концов оптического провода, — заявил Баддинг. — Если мы сможем добиться того, чтобы сигнал никогда не покидал оптоволоконный кабель, обмен данными станет быстрее и эффективнее. Если генерировать сигнал внутри оптоволокна, станет возможным реализовать целый ряд оптикоэлектронных устройств».