مُعدِّل كهروضوئي عالي الأداء: مُعدِّل نيوبات الليثيوم ذو الطبقة الرقيقة

مُعدِّل كهروضوئي عالي الأداء:مُعدِّل نيوبات الليثيوم ذو الطبقة الرقيقة

مُعدِّل كهروضوئي (مُعدِّل EOMالمُعدِّل هو مُعدِّل مصنوع باستخدام التأثير الكهروضوئي لبلورات كهروضوئية مُحددة، حيث يُحوِّل الإشارات الإلكترونية عالية السرعة في أجهزة الاتصالات إلى إشارات ضوئية. عند تعريض البلورة الكهروضوئية لمجال كهربائي، يتغير معامل انكسارها، وتتغير خصائص الموجة الضوئية للبلورة تبعًا لذلك، مما يُتيح تعديل سعة الإشارة الضوئية وطورها واستقطابها، وبالتالي تحويل الإشارة الإلكترونية عالية السرعة في جهاز الاتصالات إلى إشارة ضوئية.

يوجد حاليًا ثلاثة أنواع رئيسية منالمعدِّلات الكهروضوئيةالمنتجات المتوفرة في السوق: مُعدِّلات السيليكون، ومُعدِّلات فوسفيد الإنديوم، والأغشية الرقيقةمُعدِّل نيوبات الليثيومومن بينها، لا يمتلك السيليكون معاملًا كهروضوئيًا مباشرًا، وأداؤه أكثر عمومية، وهو مناسب فقط لإنتاج وحدة الإرسال والاستقبال لنقل البيانات لمسافات قصيرة، بينما فوسفيد الإنديوم مناسب لوحدة الإرسال والاستقبال لشبكة الاتصالات الضوئية متوسطة وطويلة المدى، ولكن متطلبات عملية التكامل عالية للغاية، والتكلفة مرتفعة نسبيًا، ويخضع التطبيق لقيود معينة. على النقيض من ذلك، لا تتميز بلورة نيوبات الليثيوم بتأثيرها الكهروضوئي فحسب، بل تتكامل فيها التأثيرات الكهروضوئية، واللاخطية، والكهروضوئية، والصوتية البصرية، والكهرضغطية، والحرارية الكهربائية، وبفضل بنيتها الشبكية وبنيتها العيبية الغنية، يمكن التحكم بالعديد من خصائص نيوبات الليثيوم بشكل كبير من خلال تركيب البلورة، وتطعيم العناصر، والتحكم في حالة التكافؤ، وما إلى ذلك. تحقق هذه البلورة أداءً كهروضوئيًا فائقًا، مثل معامل كهروضوئي يصل إلى 30.9 بيكومتر/فولت، وهو أعلى بكثير من فوسفيد الإنديوم، كما تتميز بانخفاض تأثير التردد المتغير (وهو ظاهرة تغير التردد داخل النبضة مع مرور الوقت أثناء عملية نقل نبضة الليزر. يؤدي ارتفاع تأثير التردد المتغير إلى انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء وظهور تأثير لاخطي)، ونسبة إخماد جيدة (نسبة متوسط ​​قدرة الإشارة في حالة "التشغيل" إلى حالتها في حالة "الإيقاف")، واستقرار فائق للجهاز. بالإضافة إلى ذلك، تختلف آلية عمل مُعدِّل نيوبات الليثيوم ذي الطبقة الرقيقة عن آلية عمل مُعدِّلات السيليكون ومُعدِّلات فوسفيد الإنديوم التي تستخدم طرق التعديل غير الخطية، حيث تعتمد الأخيرة على التأثير الكهروضوئي الخطي لتحميل الإشارة المُعدَّلة كهربائيًا على الحامل الضوئي. ويُحدَّد معدل التعديل بشكل أساسي بأداء قطب الميكروويف، مما يُتيح سرعة تعديل وخطية أعلى، فضلًا عن استهلاك أقل للطاقة. وبناءً على ما سبق، أصبح نيوبات الليثيوم خيارًا مثاليًا لتحضير مُعدِّلات كهروضوئية عالية الأداء، والتي تتمتع بنطاق واسع من التطبيقات في شبكات الاتصالات الضوئية المتماسكة 100/400 جيجابت في الثانية ومراكز البيانات فائقة السرعة، ويمكنها تحقيق مسافات نقل طويلة تتجاوز 100 كيلومتر.

على الرغم من أن نيوبات الليثيوم، كمادة ثورية في "ثورة الفوتونات"، يتمتع بالعديد من المزايا مقارنةً بالسيليكون وفوسفيد الإنديوم، إلا أنه غالبًا ما يظهر في شكل مادة صلبة في الجهاز، حيث يقتصر الضوء على الموجه المستوية المتكونة عن طريق انتشار الأيونات أو تبادل البروتونات، ويكون فرق معامل الانكسار عادةً صغيرًا نسبيًا (حوالي 0.02)، ويكون حجم الجهاز كبيرًا نسبيًا. لذا، يصعب تلبية متطلبات التصغير والتكامل.الأجهزة البصريةوخط إنتاجها لا يزال مختلفًا عن خط عملية الإلكترونيات الدقيقة الفعلي، وهناك مشكلة في التكلفة العالية، لذا فإن تشكيل الأغشية الرقيقة يمثل اتجاهًا مهمًا لتطوير نيوبات الليثيوم المستخدم في المعدلات الكهروضوئية.