Componentes eletrônicos são construídos no interior de uma fibra óptica

Barbara Kennedy - 22/03/2006

Esta é a primeira demonstração da criação de estruturas cristalinas, as mais adequadas para a construção de componentes semicondutores, no interior dos poros de vasos capilares.
[Imagem: Neil Baril/Penn State]

Fibra óptica ativa

Os componentes de germânio/silício nos trouxeram a microeletrônica e as fibras ópticas ajudaram a nos trazer a Internet.

Agora, uma equipe de cientistas das Universidades Penn State, Estados Unidos, e Southampton, Inglaterra, desenvolveram uma nova forma de combinar as duas tecnologias.

A equipe construiu componentes semicondutores, incluindo um transístor, no interior de fibras ópticas microestruturadas.

Essa capacidade de gerar e manipular sinais no interior de fibras ópticas poderá ter aplicações em campos tão diversos quanto a medicina, a computação e em equipamentos de sensoriamento remoto.

Fronteira entre óptica e eletrônica

As fibras ópticas já provaram ser o meio ideal para a transmissão de sinais baseados na luz, enquanto os semicondutores cristalinos são a melhor forma de se manipular elétrons.

Um dos maiores desafios tecnológicos atuais é a troca de informações entre a óptica e a eletrônica de forma rápida e eficiente. Esta nova técnica poderá fornecer as ferramentas que permitirão eliminar essa fronteira.

"Esse avanço é a base para uma tecnologia que poderá permitir a criação de uma grande gama de componentes no interior de uma fibra óptica," diz John Badding, químico da Universidade Penn State.

Enquanto as fibras ópticas apenas transmitem dados, um componente semicondutor permite a manipulação ativa da luz, incluindo geração e detecção, amplificação de sinais e controle de comprimentos de onda. "Se o sinal não tiver que deixar a fibra, então ele é mais rápido, mais barato e mais eficiente," diz Badding.

"Esta fusão de duas tecnologias separadas abre a possibilidade de se construir componentes optoeletrônicos verdadeiros, que não requeiram a conversão entre sinais ópticos e eletrônicos," diz Pier Sazio, da Universidade de Southampton. "Se você pensar nas fibras ópticas como um aqueduto, esta estrutura coloca a estação de bombeamento dentro do cano. A fibra fornece a transmissão e o semicondutor fornece a função."

Além das telecomunicações, as fibras ópticas são utilizadas em uma grande variedade de tecnologias que empregam luz. "Por exemplo, em cirurgias endoscópicas, ao construir um laser no interior da fibra, você será capaz de transmitir um comprimento de onda que não poderia ser usado de outra maneira," diz Badding.

Deposição de vapor químico

A descoberta-chave é a capacidade de criar semicondutores cristalinos que praticamente fecham o diâmetro interior ou poro, de vasos capilares muito finos de vidro.

Esses capilares são fibras ópticas - tubos longos e transparentes que transmitem sinais luminosos de vários comprimentos de onda simultaneamente. Quando o tubo é preenchido com um semicondutor cristalino, como o germânio, o semicondutor forma um fio no interior da fibra óptica. A combinação de capacidades ópticas e elétricas fornece a plataforma para o desenvolvimento de novos componentes optoeletrônicos.

Os cristais foram formados utilizando-se deposição de vapor químico (CVD: Chemical Vapor Deposition) para depositar germânio e outros semicondutores no interior de longos e estreitos poros de uma fibra óptica oca. No processo CVD, um composto de germânio é vaporizado e forçado através dos poros da fibra a pressões de até 1.000 vezes a pressão atmosférica e sob temperaturas de 500º C.

Uma reação química no interior da fibra permite ao germânio recobrir as paredes interiores da fibra oca e formar cristais que crescem para o centro.

"O processo funciona tão perfeitamente que você pode conseguir um tubo de germânio que tem uma abertura no centro de apenas 25 nanômetros ao longo de todo o comprimento da fibra óptica," explica Sazio. "Isto é apenas uma minúscula fração do poro da fibra, de forma que a estrutura é, essencialmente, um fio."

Érbio

Esta é a primeira demonstração da criação de estruturas cristalinas, as mais adequadas para a construção de componentes semicondutores, no interior dos poros de vasos capilares.

A equipe construiu um transistor simples no interior da fibra, e os cientistas apontam para o sucesso do amplificador de fibras dopadas com érbio, que foi inventado na Universidade de Southampton nos anos 1980, para ilustrar as possibilidades alavancadoras dessa tecnologia.

Através da incorporação do elemento químico érbio na fibra óptica, o amplificador de érbio permite a transmissão eficiente de dados em fibras ópticas transoceânicas. "Sem esse tipo de dispositivo, seria necessário converter periodicamente a luz para um sinal eletrônico, amplificar o sinal e convertê-lo de volta para luz, o que é caro e ineficiente," diz Sazio. O amplificador de érbio tornou possível a Internet como ela é hoje.

Além dos componentes simples que esta pesquisa demonstrou, a equipe de cientistas visualiza o próximo nível do potencial da incorporação de semicondutores para aplicações optoeletrônicas. "Hoje, você continua tendo um chaveamento nas duas extremidades da fibra óptica," diz Badding. "Se nós pudermos chegar ao ponto onde o sinal nunca deixe a fibra, ele será mais rápido e eficiente. Se nós realmente pudermos gerar sinais no interior da fibra, uma enorme gama de aplicações optoeletrônicas passará a ser possível."

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