Southamptoni Ülikooli teadlased valmistasid koostöös Penni osariigi Ülikooliga integreeritud pooljuhtseadmetega kuni 3 GHz taktsagedusel töötava optilise komposiitfiibri. Fiibri võimalike rakenduste hulka kuuluvad muuhulgas uue põlvkonna telekommunikatsiooniseadmed, paremad laserid ning optoelektroonilised tehnoloogiad. Teadlaste uurimustöö tulemused avaldatakse ajakirjas Nature Photonics.
Valgete kerakestena kujutatud valgusimpulsse saab digitaalseks signaaliks muundada vahetult, in situ, komposiitfiibri sees.
Optilist signaali on sageli vaja tõlkida masinatele arusaadavasse digitaalkeelde, binaarsesse ühtede ja nullide jadasse. Tõlkimine toimub muundurites, mis on signaali edastavast optilisest fiibrist eraldiseisvad integreeritud seadmed. Taolistes sõlmedes, mida kasutatakse näiteks pikemade vahemaade korral signaali võimendamiseks, esinevad paratamatult kaod, mis ühel või teisel viisil andmeedastust pärsivad.
Kiibi ja kaabli ühendusmooduli konseptsiooni arendamise asemel leiutasid teadlased viisi vajalike elektroonikakomponentide fiibrisse integreerimiseks, kõrvaldades väliste signaalimuundurite vajaduse. Selleks kasutasid teadlased ära fotoonilis-kristall fiibrite (photonic-crystal fiber) külgedel kulgevaid nanopoore.
Pooridesse pumbatakse kõrge rõhu all räni, germaaniumi või plaatinasisaldusega gaas. Teised poorid kaetakse protsessi ajaks liimiga. Fiibri kuumutamisel reageerib poori pind gaasiga, põhjustades õõnsuse sisepinna kattumise kristalse materjaliga. Positiivselt- või negatiivselt dopeeritud pooljuhtkristallide sadestamiseks lisatakse gaasile boori või fosforit. Pooljuht- ning plaatinakihtide vaheliti kasvatamine võimaldab valmistada õõnsust täitva dioodi, mis on üks loogikalülituste põhielemente.
„Läbimurre seisneb asjaolus, et lõpptootest puudub väliselt nähtav kiip. Suutsime signaali moduleerivad moodulid ehitada otse fiibri sisse. Lisaks sellele on meie meetod võrreldes mitmeid miljoneid nõudva eraldiseisvate kiipide valmistamise tehnoloogia kõrval odavam ja lihtsam,“ sõnab Southamtoni Ülikooli teadlane Pier Sazio.
„Tasuta lõunaid ei ole. Optiliste fiibrite ning kiipide integreerimine on peen protseduur. Esiteks on fiibrid torujad, kiibid on aga lapikud. Geomeetriline erinevus tekitab valmistamisprotsessis raskusi. Teiseks on tülikas väga väikeste osiste paika seadmine. Meie kasutatud optiline fiiber on inimese juuksekarvast 10 korda õhem. Optilised haruviigud võivad juuksekarvast olla isegi 100 korda õhemad. Mõõtskaalad loovad perspektiivi ülesande keerukusest. Ent sarnaste probleemidega seisavad silmitsi paljud kõrgtehnoloogia ettevõtted,“ lisab John Badding, Penni osariigi Ülikooli professor.
Optoelektroonilise seadme implementeerimine optilisse fiibrisse on oluline samm telekommunikatasiooni arengus. Tehnoloogia edasisel arenemisel on võimalik stsenaarium, milles signaal ei välju kordagi sidekaablist. Tulemuseks on odavam, kiirem ning efektiivsem süsteem.
Teadustööl mitmeid rakendusi, mis ei ole otseselt telekommunikatsiooniga seotud, võimaldades näiteks uue lähenemise pooljuhtide siirete tootmisele.