معدِّل كهروضوئي عالي الأداء: معدِّل نيوبات الليثيوم ذو الغشاء الرقيق

معدِّل ضوئي كهربائي عالي الأداء:مُعدِّل نيوبات الليثيوم الرقيق

معدِّل كهروضوئي (معدِّل EOM) هو مُعدّل ضوئي مُصنَّع باستخدام التأثير الكهروضوئي لبعض البلورات الكهروضوئية، والذي يُمكنه تحويل الإشارات الإلكترونية عالية السرعة في أجهزة الاتصالات إلى إشارات ضوئية. عند تعريض البلورة الكهروضوئية لمجال كهربائي، يتغير معامل انكسارها، وبالتالي تتغير خصائص الموجة الضوئية، مما يُتيح تعديل سعة الإشارة الضوئية وطورها واستقطابها، وتحويل الإشارة الإلكترونية عالية السرعة في جهاز الاتصالات إلى إشارة ضوئية من خلال التعديل.

في الوقت الحاضر، هناك ثلاثة أنواع رئيسية منالمعدلات الكهروضوئيةفي السوق: معدِّلات قائمة على السيليكون، معدِّلات فوسفيد الإنديوم والأغشية الرقيقةمُعدِّل نيوبات الليثيوممن بينها، لا يحتوي السيليكون على معامل كهروضوئي مباشر، والأداء أكثر عمومية، ومناسب فقط لإنتاج معدِّل وحدة الإرسال والاستقبال لنقل البيانات لمسافات قصيرة، وعلى الرغم من أن فوسفيد الإنديوم مناسب لوحدة الإرسال والاستقبال لشبكة الاتصالات البصرية متوسطة وطويلة المدى، إلا أن متطلبات عملية التكامل مرتفعة للغاية، والتكلفة مرتفعة نسبيًا، ويخضع التطبيق لقيود معينة. على النقيض من ذلك، تتميز بلورة نيوبات الليثيوم بخصائص غنية، لا تقتصر على التأثير الكهروضوئي، والانكسار الضوئي، والتأثير غير الخطي، والتأثير الكهروضوئي، والتأثير البصري الصوتي، والتأثير الكهرضغطي، والتأثير الكهرحراري، بل بفضل بنيتها الشبكية وتركيبها الغني بالعيوب، يمكن تنظيم العديد من خصائص نيوبات الليثيوم بشكل كبير من خلال تركيب البلورة، وتشويب العناصر، والتحكم في حالة التكافؤ، وما إلى ذلك. يحقق أداءً كهروضوئيًا فائقًا، مثل معامل كهروضوئي يصل إلى 30.9 بيكومتر/فولت، وهو أعلى بكثير من فوسفيد الإنديوم، وله تأثير زقزقة صغير (تأثير الزقزقة: يشير إلى ظاهرة تغير التردد داخل النبضة مع مرور الوقت أثناء عملية نقل نبضة الليزر. يؤدي تأثير الزقزقة الأكبر إلى انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء وتأثير غير خطي)، ونسبة انقراض جيدة (متوسط ​​نسبة القدرة بين حالة "التشغيل" وحالة "الإيقاف")، واستقرار فائق للجهاز. بالإضافة إلى ذلك، تختلف آلية عمل مُعدّل نيوبات الليثيوم الرقيق عن آلية عمل مُعدّل السيليكون ومُعدّل فوسفيد الإنديوم باستخدام أساليب التعديل غير الخطية، والتي تستخدم التأثير الكهروضوئي الخطي لتحميل الإشارة المُعدّلة كهربائيًا على الناقل الضوئي. ويعتمد معدل التعديل بشكل أساسي على أداء قطب الميكروويف، مما يُتيح تحقيق سرعة تعديل وخطية أعلى، بالإضافة إلى استهلاك طاقة أقل. بناءً على ما سبق، أصبح نيوبات الليثيوم خيارًا مثاليًا لإعداد مُعدّلات كهروضوئية عالية الأداء، ذات تطبيقات واسعة في شبكات الاتصالات البصرية المتماسكة 100G/400G ومراكز البيانات فائقة السرعة، ويمكنها تحقيق مسافات نقل طويلة تزيد عن 100 كيلومتر.

نيوبات الليثيوم، كمادةٍ مُحدثةٍ لثورة الفوتونات، يتمتع بالعديد من المزايا مقارنةً بالسيليكون وفوسفيد الإنديوم، إلا أنه غالبًا ما يظهر في شكل مادةٍ سائبةٍ داخل الجهاز، حيث يقتصر الضوء على الدليل الموجي المستوي المُشكّل بواسطة انتشار الأيونات أو تبادل البروتونات، ويكون فرق معامل الانكسار عادةً صغيرًا نسبيًا (حوالي 0.02)، وحجم الجهاز كبيرٌ نسبيًا. من الصعب تلبية احتياجات التصغير والتكامل.الأجهزة البصرية، وما زال خط إنتاجه مختلفًا عن خط معالجة الإلكترونيات الدقيقة الفعلي، وهناك مشكلة التكلفة العالية، لذا فإن تكوين الأغشية الرقيقة هو اتجاه تطوير مهم لنيوبات الليثيوم المستخدم في المعدلات الكهروضوئية.