- Благодаря этому открытию появилась возможность встраивать электронные устройства (полупроводники) прямо в оптоволокно
Аспирант и член исследовательской группы Чонг Хоу держит пучок оптоволокна, диаметр которого составляет 100 мкм, а оболочка придает ему большую прочность. Автор: Хосе Луис Оливарес (Jose Luis Olivares) / MIT.
Оптоволокно является мощным оптическим проводником, позволяющим передавать информацию на большие расстояния. Иначе говоря, это длинные, очень тонкие стеклянные волокна диаметром около 125 мкм (в два раза толще человеческого волоса), по которым информация передается посредством световых сигналов или импульсов. Сердцевина оптоволокна состоит из чистого кремния и имеет диаметр 8 мкм. Как правило, оптические волокна изготавливаются на основе длинных стеклянных трубок, которые на микроскопическом уровне воспроизводят структуру волокна и называются преформой, — трубки нагреваются и вытягиваются до получения волокон, которые затем покрывают защитной оболочкой из пластика.
Разные типы трубок из дешевого диоксида кремния в лаборатории. Во время экспериментов ученые наполняют эти трубки разными металлами для производства преформы. Когда очередь дошла до алюминия, полученный результат удивил всех. Автор: Хосе Луис Оливарес (Jose Luis Olivares) / MIT.
В течение десятилетий и до сегодняшнего дня производство волокон происходило таким образом: сырье (состав) и геометрия волокна были идентичны преформе, но имели намного меньший диаметр. Тем не менее, группа ученых из MIT неожиданно открыла способ производства волокна, состав которого отличается от исходных материалов: они проводили эксперименты, пытаясь добавить в волокно металлические нити, когда неожиданно, попробовав добавить алюминий, обнаружили, что сердцевина волокна превратилась в очень чистый кристаллический кремний (при этом в преформе этого материала не было).
Печь для вытягивания оптоволокна, в которой трубки нагреваются до около 2200 С. Автор: Хосе Луис Оливарес (Jose Luis Olivares) / MIT.
Ученые, работающие под руководством Йоэля Финка, сравнили этот процесс с «алхимией»: из преформы, содержащей алюминий и стекло, получилось волокно, сердцевина которого состоит из чистейшего кристаллического кремния. Одним из преимуществ этого открытия является то, что как алюминий, так и кремниевое стекло — широко распространенные и дешевые материалы, которые обычно используются, например, для изготовления стеклопакетов. Однако это открытие создает далеко идущие возможности: данный метод использования алюминия для получения сердцевины из чистого кремния (которая используется для производства фотоячеек и микрочипов) предполагает возможность встраивать электронные устройства (полупроводники) прямо в оптоволокно, что создает широкое поле для применения, в частности, в сфере умной одежды и создания еще более интегрированных устройств. Результаты работы уже опубликованы в журнале Nature Communications.
Источники:
MIT, Массачусетский технологический институт
http://www.madehow.com/Volume-1/Optical-Fiber.html
http://nemesis.tel.uva.es/images/tCO/contenidos/tema2/tema2_1_1.htm
