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典型光纤是由纯度和柔韧性极高的玻璃制成。上千条光纤被捆扎在一起，并用保护层包裹起来。但光纤只是传输光的通道。为了对光波所携带的信息进行调整，光子先得转化为电子，并通过昂贵的半导体部件组来进行转换和控制。多年来，这个问题一直困扰着电信产业。
宾夕法尼亚州的巴丁及其同事，以及英国南安普敦大学光电子学研究中心的高级研究员皮尔·萨日奥公开表示，他们对所谓的“光－电－光”（OEO）问题的解决方案是使用全光光纤（OOO）。他们此项研究取得的突破包括：将半导体材料嵌入光纤的技术，实质上就是将转换和调节部件嵌入只有鱼线厚度的柔软玻璃管内。这项技术可能使电信发生彻底的变革，假以时日可能实现光学计算。光学计算可以实现计算机与光纤间的直间连接，无需经过电子处理。以前有许多工程师认为，由于光的速太快，光学计算只是一种幻想。 （图片） 巴丁在谈到如何开始从事这项研究工作时称，“我是在南安普敦度假时开始这项工作的。在参加一些聚会时，我遇见了皮尔·萨日奥，我们很合得来。一天，他在阅读一篇科学文章时对我说‘喂，如果我们能将部件嵌入到这些管子里，那真是太酷了。’所以，我们开始思考如何能做到这一点。2003年，我回到宾夕法尼亚州，我和皮尔计算出了怎样将部件嵌入这些管子的方法。”
研究人员发现，在一千倍大气压力和温度达摄氏500度的环境中，通过使用化学蒸镀可以将锗和其他半导体材料存放在光纤内。通过这种方法，他们可以为一段光纤制作一件涂层制服。“它基本上可以说是材料学、化学和物理学方面的一次进步。”巴丁解释道，“对人们来说，最令人兴奋的是应用，但所有工作都得从材料开始。从材料科学的观点来看，它是试着将微米和纳米部件嵌入光纤内，这是史无前例的。很明显，它的创新是一股力量。许多现有的技术为人们所熟知，但这项技术引起一点轰动的原因在于以前根本没有人听说过这样的事。我们会设法在一段几厘米长度的光纤上盖满很长的极端高厚径比的直径为5微米到100纳米的毛细管状部件。经过计算，我们已找到一种方法，这种方法可以使前驱波在这些2微米宽的孔中进行流动，并以每秒几十纳米的速度将锗半导体嵌入孔壁，直到基本上盖满这些孔。人们对这么小的孔感到惊奇。最后，这些孔的大小在封闭时可能不到10纳米，这基本上可以说是制造一段金属线。因此，技术的完美非常令人赞叹。”
他们的工作得到了广泛关注
正是在这种情况下，古帕兰与他的宾夕法尼亚州同事，物理学副教授文森特·克拉斯皮也加入研究的行列。通过他们间的相互合作以及和南安普敦小组之间的合作，他们于2006年3月在《科学》期刊发表了一篇题为“微观结构光纤象高压微流控反应堆”的论文，该论文引起了光子学界的广泛关注。
利哈伊大学的光学技术中心的光学功能小组组长，约翰·图卢兹教授就论文的重要性谈了他的看法：“虽然这个任务看起来简单，但光子晶体光纤（PCF）内孔的大小甚至连气体都很难通过。因此，巴丁教授开发的可以将半导体材料和金属嵌入光子晶体光纤孔的技术是一项显著的实验成就。这项技术为光纤技术的应用开辟了一个全新的应用领域。尤其重要的是，这项技术可以在同一个光纤设备中将光子和电子功能进行合并。因为此项技术意义重大，所以巴丁教授的工作最近受到许多关注理所应当。”
从事材料物性表征和电子显微镜研究工作的古帕兰称，“发表在《科学》上的论文涵盖了我们所做的许多工作。这篇论文包含了3到4篇论文的内容，它是3年工作的结晶。它非常的简洁。”
巴丁同意这一说法，“我们想确保它涵盖我们所做的每件事。随同皮尔一起，万卡特担负着帮助构思设备概念的任务。在如此短的时间内，构思出了那么多的概念，我们当时都快疯了。我们必须从中筛选出最好的构思。倒不是说概念是疯狂的。”巴丁强调称，“他们是很疯狂，但疯狂得有道理，疯狂得伟大。”古帕兰同意巴丁的说法，“那是我兴奋的原因，他们是疯狂的，因为根本没有人想到过他们。”巴丁称，“让我们带你去看看实验室。”
实验室展示光纤
在地下实验室，中间隔着厚厚的吸光窗帘，一卷卷的光纤悬挂在天花板上。巴丁从一卷光纤中拉出几英寸的金属线，问我，“你以前见过光纤吗？你可以在光纤内扎进许多路通道。光发生振荡的速度很快，以致于你能以一个令人震惊的速度对它进行编码。”
巴丁继续说道，“校园里，特别是学生，他们对带宽的要求很贪婪。你可以通过从伦敦到纽约的光纤得到大量信息，但这时候的问题是，这些信息先得传送到像斯克内克塔迪（Schenectady）和州立大学这样的地方，然后你才能得到解出来的信息。这些是不可能在光纤内办到的。传送这些信息将耗费大量的电能。甚至当光纤在进入这幢楼的瞬间，光纤内肯定存在着大量的信息，每次都需要像电话交换机一样进行信息交换，这使得花费很高。”
古帕兰称，“世界上还有很大一部分人不上因特网。但网络在中国和印度推广得很快。我75岁的父亲生活在印度，现在正使用一台电脑与我的女儿在网上视频，所以他正在进步。这种进步决不会停下来。他从未想到他能使用一台计算机，现在他想要的是越来越快的下载速度。” 巴丁称，“我们需要做的是实现这个难以置信的要求——把信息无比快速地送到你的计算机中。用全光光纤取代光－电－光光纤。”古帕兰补充称，“我们谈论的是1亿兆赫兹带宽。就算是其中一小部分也是一个巨大的带宽。你可以在其中安装许多通道。它是如此的强大以至于你可以迅速地从全球获取信息。它可以几乎实时地传送大量的信息，这就是光的优势。”
这仅仅是开始
“该技术是关于如何以各种可能的方式灵活操作光。”巴丁称，“哪怕是被动的应用，光纤的结构长度还是不够用。我们能够使用光，因此你可以设想在里面使用激光；我们可以在里面嵌入许多半导体结点，因此你可以想象嵌入光纤中的一长串的半导体材料可以把光纤中的激光传递得更远。调节器可以改变光的强度和相位。你可以对一些经过那里的光信号进行调节，你可以把某些信息编成电码，你还可以考虑把这用做传感器。”
“把电转变成光是其中的关键。”古帕兰称，“光学处理是最神圣的技术。我们将使用光子来处理信息，而不是电子信息处理技术。在上个世纪，半导体技术的发展极为迅猛，这使得我们开始设想用光技术取代电子技术。今天我们正处于利用光学和半导体技术的过度阶段。大多数逻辑函数还需要依靠电子技术来处理。”
巴丁补充称，“但如果你可以在光纤中做任何事情的话，你就会发现许多新的可能性。因此学习如何处理光纤非常重要。每个人都对此提出了许多意见和建议。最重要的是，这种光纤允许你使用纳米级的微处理技术来嵌入和构建半导体材料，这是你以前无法做到的。从某种意义上讲，这是制造先进电子和光子设备的精髓所在。”
巴丁说，“要做的事情真是太多了，以至于我真得需要与很多人合作。现在我们把所能做的事告诉了道格·沃纳（电子工程教授）。我们还与戴夫·阿尔拉拉（化学和材料科学教授）建立了合作关系。因此，这项研究已经成为各学科间的通力合作。每个小组都有各自领域的专家，每个小组都有自己的不同贡献和特长。我认为这项研究的规模在宾西法尼亚州很可能会变得越来越大。”
11/7/2006
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