من أهم خصائص المُعدِّل الضوئي سرعة التعديل أو عرض النطاق الترددي، والتي يجب أن تكون على الأقل بنفس سرعة الإلكترونيات المتاحة. وقد تم بالفعل إثبات وجود ترانزستورات بترددات عبور تتجاوز 100 جيجاهرتز في تقنية السيليكون 90 نانومتر، ومن المتوقع أن تزداد السرعة مع تقليل الحد الأدنى لحجم المكونات [1]. ومع ذلك، فإن عرض النطاق الترددي للمُعدِّلات الحالية القائمة على السيليكون محدود. لا يمتلك السيليكون خاصية اللاخطية χ(2) نظرًا لبنيته البلورية المتناظرة مركزيًا. وقد أدى استخدام السيليكون المُجهد إلى نتائج مثيرة للاهتمام [2]، لكن اللاخطية لا تسمح حتى الآن بتصنيع أجهزة عملية. ولذلك، لا تزال مُعدِّلات الفوتونيات السيليكونية الحديثة تعتمد على تشتت حاملات الشحنة الحرة في وصلات pn أو pin [3-5]. أظهرت الوصلات المنحازة أمامياً أن حاصل ضرب الجهد في الطول منخفضٌ جداً، حيث يصل إلى 0.36 فولت/مم، إلا أن سرعة التضمين محدودة بديناميكيات حاملات الشحنة الأقلية. ومع ذلك، فقد تم توليد معدلات بيانات تصل إلى 10 جيجابت/ثانية باستخدام التركيز المسبق للإشارة الكهربائية [4]. وباستخدام الوصلات المنحازة عكسياً، زاد عرض النطاق الترددي إلى حوالي 30 جيجاهرتز [5، 6]، لكن حاصل ضرب الجهد في الطول ارتفع إلى 40 فولت/مم. لسوء الحظ، تُنتج مُعدِّلات الطور هذه، التي تعتمد على تأثير البلازما، تضميناً غير مرغوب فيه في شدة الإشارة [7]، كما أنها تستجيب بشكل غير خطي للجهد المُطبق. مع ذلك، تتطلب أنماط التضمين المتقدمة، مثل QAM، استجابة خطية وتضميناً طورياً نقياً، مما يجعل استغلال التأثير الكهروضوئي (تأثير بوكلز [8]) أمراً مرغوباً فيه للغاية.
2. نهج SOH
تم مؤخرًا اقتراح نهج الهجين السيليكوني العضوي (SOH) [9-12]. يوضح الشكل 1(أ) مثالًا على مُعدِّل SOH. يتكون هذا المُعدِّل من دليل موجي شقي يوجه المجال البصري، وشريحتين من السيليكون تربطان الدليل الموجي البصري كهربائيًا بالأقطاب المعدنية. تقع الأقطاب خارج المجال البصري لتجنب الفقد البصري [13]، كما هو موضح في الشكل 1(ب). يُغطى الجهاز بمادة عضوية كهروضوئية تملأ الشق بشكل متجانس. يحمل الدليل الموجي الكهربائي المعدني جهد التعديل، ويتسرب عبر الشق بفضل شرائح السيليكون الموصلة. ثم يُغير المجال الكهربائي الناتج معامل الانكسار في الشق من خلال التأثير الكهروضوئي فائق السرعة. نظرًا لأن عرض الشق يبلغ حوالي 100 نانومتر، فإن بضعة فولتات تكفي لتوليد مجالات تعديل قوية جدًا، تُقارب قوة العزل الكهربائي لمعظم المواد. يتميز هذا الهيكل بكفاءة تعديل عالية نظرًا لتركيز كل من مجال التعديل والمجال البصري داخل الفتحة، كما هو موضح في الشكل 1(ب) [14]. في الواقع، تم عرض أولى تطبيقات مُعدِّلات SOH التي تعمل بجهد أقل من فولت واحد [11]، كما تم إثبات التعديل الجيبي حتى 40 جيجاهرتز [15، 16]. مع ذلك، يكمن التحدي في بناء مُعدِّلات SOH عالية السرعة ومنخفضة الجهد في إنشاء شريط توصيل عالي التوصيل. في دائرة مكافئة، يمكن تمثيل الفتحة بمكثف C والشرائط الموصلة بمقاومات R، كما هو موضح في الشكل 1(ب). يحدد ثابت الزمن RC المقابل عرض نطاق الجهاز [10، 14، 17، 18]. ولتقليل المقاومة R، تم اقتراح تطعيم شرائط السيليكون [10، 14]. على الرغم من أن التطعيم يزيد من موصلية شرائح السيليكون (وبالتالي يزيد من الفقد الضوئي)، إلا أنه يُسبب خسارة إضافية نتيجةً لتأثر حركة الإلكترونات بتشتت الشوائب [10، 14، 19]. علاوة على ذلك، أظهرت أحدث محاولات التصنيع موصلية منخفضة بشكل غير متوقع.
شركة بكين روفيا للإلكترونيات الضوئية المحدودة، الكائنة في "وادي السيليكون" الصيني - منطقة تشونغ قوان تسون ببكين، هي شركة تقنية متقدمة تُكرّس جهودها لخدمة المؤسسات البحثية والمعاهد والجامعات والباحثين العلميين في الشركات والمؤسسات المحلية والأجنبية. تُعنى شركتنا بشكل أساسي بالبحث والتطوير والتصميم والتصنيع والمبيعات المستقلة للمنتجات الكهروضوئية، وتُقدّم حلولًا مبتكرة وخدمات احترافية مُخصصة للباحثين العلميين والمهندسين الصناعيين. بعد سنوات من الابتكار المستقل، طوّرت الشركة سلسلة غنية ومتكاملة من المنتجات الكهروضوئية، والتي تُستخدم على نطاق واسع في قطاعات البلديات والجيش والنقل والطاقة الكهربائية والمالية والتعليم والطب وغيرها.
نتطلع إلى التعاون معكم!
تاريخ النشر: 29 مارس 2023