半导体光纤光学改善方法为设备应用铺平道路

根据一个跨学科的研究小组的近期研究进展，一种新的方法可提高半导体光纤材料的结构，并可能会有一天让全球的数据传输再次发生革命性变化。研究人员于是以研究的半导体光纤，它享有比基于硅材料的光纤更为重要的优势。

这种光纤技术用作传输完全所有的数字数据。石英玻璃光纤不能传输电子数据转换成光数据。

这必须便宜的外部电子设备，消耗大量的电力。然而，半导体光纤可以传输光和电子数据，也可以在传输过程中已完成从电到光数据的切换，提升传输速度。考虑到这种这些切换可能会作为高速通讯的出口地下通道，VenkatramanGopalan说道，他是材料科学与工程系教授，目前在宾州州立大学。数据的出口就越较少，信息传送的速度就越慢。

称作“光电飞行中”，他说道。早在在2006年，在化学物理学以及材料科学与工程学教授JohnBadding的率领下的研究人员，首先研制出硅纤维映射硅等半导体材料的二氧化硅纤维的毛细纤维。

这种包括了一系列晶体的纤维，由于其结构的缺失，容许了它们的传输数据的能力，因为其结构的不完备，如晶界的表面内的许多晶体内的纤维芯相接合在一起，被迫部分光衍射，毁坏传输。一种由XiaoyuJi（材料科学与工程博士候选人）明确提出的方法，改良了多晶纤维的核心，这种方法是用扫瞄激光熔融沉积高纯度的无定形硅，其芯内直径为1．7微米内径的玻璃毛细管，从而构成硅单晶体的长度皆多达2000倍，并确保了厚度。

这种方法将具备许多缺失的多晶体中的纤芯移往到了到一个具备较较少缺失的单一的晶体中，构建了更加有效地光传输。今年早些时候，在《ACS光子学》、《高级光学材料》和《应用于物理学快报》上公开发表的三篇文章中，详尽讲解了一个新的方法，该方法通过避免各种材料的纤芯缺失来提高数据传输。

Gopalan说道，但由于设备的容许使得晶体无法更长。由于超小的核心，这种方法需要熔融和细化的纤芯材料的晶体结构，在大约750至930华氏度的温度下，高于典型硅芯光纤的拉丝工艺温度。较低的温度和较短的冷却时间，可以掌控由激光功率和激光扫描速度也避免二氧化硅毛细管，由于多种材料具备有所不同的热性能，产生软化和对纤芯产生很差的影响。“对于高性能的用途，如处置登录的光学或电气用途，这种材料的高纯度是至关重要”Ji说道。

最重要的应用于，Gopalan说道，这种新方法获取了对许多材料可以映射到光纤和增加空隙缺失并可以减少光切换效率的一种方法，这也是这项技术从跟上阶段引到先进设备科学领域适当的步骤。“玻璃技术早已把我们带回了这么近的方位，”Gopalan说道。“我们的研究小组中，约10年前，玻璃领域是很有前景的，但我们可以通过用于大量的电子和光学活性物质，比普通玻璃做到的更好。

就在那时，我们开始尝试将半导体映射玻璃纤维中。”就像光缆，几十年来沦为一个可信的数据传输设备一样，通过几十年的研究工作有可能依然建构出有商业不切实际的，半导体光纤网络。研究人员花上了10年时间才使多晶光纤超过性能相比之下高于传统光纤的规格，但与传统光缆比起依然没竞争力。“这种方法利用激光早已需要很好地构建了沉积的非晶硅和锗纤芯，使整个半导体光纤芯沦为一个没边界的单晶体，”Gopalan说道。

“这种改良的光和电子传输。现在，我们可以用来构建一些确实的设备，不仅用作通信，但也为内窥镜，光学，光纤激光器等领域”。

Gopalan说道，他不仅是在建构商业上不切实际的材料。他对更大的应用于前景大有兴趣，对新技术所持将来观点。或许有一天，每一个新建的家庭有可能有一个半导体光纤，带给更慢的互联网。

“这就是为什么我们选用展开这个领域的研究，”Gopalan说道。“我们的研究小组能想到如何把硅和锗等半导体与金属的纤维展开融合，这种方法就是目的提升这种融合的。

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