ما هو مشط الترددات الضوئية المُعدِّل الكهروضوئي؟ الجزء الثاني

02مُعدِّل كهروضوئيوالتعديل الكهروضوئيمشط التردد البصري

يشير التأثير الكهروضوئي إلى تغير معامل انكسار المادة عند تطبيق مجال كهربائي. يوجد نوعان رئيسيان من التأثير الكهروضوئي: الأول هو التأثير الكهروضوئي الأولي، المعروف أيضًا بتأثير بوكلز، والذي يتميز بتغير خطي في معامل انكسار المادة مع شدة المجال الكهربائي المطبق. أما الثاني فهو التأثير الكهروضوئي الثانوي، المعروف أيضًا بتأثير كير، حيث يتناسب تغير معامل انكسار المادة طرديًا مع مربع شدة المجال الكهربائي. تعتمد معظم مُعدِّلات التأثير الكهروضوئي على تأثير بوكلز. باستخدام مُعدِّل التأثير الكهروضوئي، يمكننا تعديل طور الضوء الساقط، ومن خلال تحويل معين، يمكننا أيضًا تعديل شدة الضوء أو استقطابه.

توجد عدة هياكل كلاسيكية مختلفة، كما هو موضح في الشكل 2. تمثل الأشكال (أ) و(ب) و(ج) هياكل مُعدِّل واحد ذات بنية بسيطة، إلا أن عرض خط مشط التردد الضوئي الناتج محدود بعرض النطاق الكهروضوئي. في حال الحاجة إلى مشط تردد ضوئي بتردد تكرار عالٍ، يلزم استخدام مُعدِّلين أو أكثر على التوالي، كما هو موضح في الشكل 2 (د) و(هـ). أما النوع الأخير من الهياكل التي تولد مشط التردد الضوئي فيُسمى الرنان الكهروضوئي، حيث يمكن للمُعدِّل الكهروضوئي الموجود داخل الرنان، أو يمكن للرنان نفسه أن يُنتج تأثيرًا كهروضوئيًا، كما هو موضح في الشكل 3.

الشكل 2: عدة أجهزة تجريبية لتوليد أمشاط التردد الضوئي بناءً علىالمعدِّلات الكهروضوئية

الشكل 3: هياكل العديد من التجاويف الكهروضوئية
03 خصائص مشط التردد البصري لتعديل الكهروضوئي

الميزة الأولى: قابلية التعديل

بما أن مصدر الضوء عبارة عن ليزر قابل للضبط واسع الطيف، ولأن المُعدِّل الكهروضوئي يتمتع أيضًا بنطاق تردد تشغيل محدد، فإن مشط التردد البصري الناتج عن التعديل الكهروضوئي قابل للضبط الترددي أيضًا. إضافةً إلى التردد القابل للضبط، وبما أن توليد شكل الموجة في المُعدِّل قابل للضبط، فإن تردد تكرار مشط التردد البصري الناتج قابل للضبط أيضًا. هذه ميزة لا تتوفر في أمشاط التردد البصري التي تنتجها ليزرات القفل النمطي والمرنانات الدقيقة.

الميزة الثانية: تكرار التردد

لا يتميز معدل التكرار بالمرونة فحسب، بل يمكن تحقيقه أيضًا دون تغيير المعدات التجريبية. ويُعادل عرض خط مشط التردد البصري المُعدَّل كهروضوئيًا تقريبًا عرض نطاق التعديل، ويبلغ عرض نطاق المُعدِّل الكهروضوئي التجاري العام 40 جيجاهرتز، ويمكن أن يتجاوز تردد تكرار مشط التردد البصري المُعدَّل كهروضوئيًا عرض نطاق مشط التردد البصري الناتج عن جميع الطرق الأخرى باستثناء الرنان الصغير (الذي يمكن أن يصل إلى 100 جيجاهرتز).

الميزة الثالثة: تشكيل الطيف

بالمقارنة مع المشط البصري المنتج بطرق أخرى، يتم تحديد شكل القرص البصري للمشط البصري المعدل كهروضوئيًا بواسطة عدد من درجات الحرية، مثل إشارة التردد اللاسلكي، وجهد الانحياز، والاستقطاب الساقط، وما إلى ذلك، والتي يمكن استخدامها للتحكم في شدة الأمشاط المختلفة لتحقيق الغرض من تشكيل الطيف.

04 تطبيق مشط التردد البصري للمعدِّل الكهروضوئي

في التطبيقات العملية لمشط التردد البصري المُعدَّل كهروضوئيًا، يُمكن تقسيمه إلى أطياف أحادية وثنائية. يتميز الطيف الأحادي بتباعد خطوط ضيق جدًا، مما يُتيح دقة عالية. في الوقت نفسه، وبالمقارنة مع مشط التردد البصري الناتج عن ليزر مُقفل النمط، فإن جهاز مشط التردد البصري المُعدَّل كهروضوئيًا أصغر حجمًا وأكثر قابلية للضبط. ينتج مطياف المشط الثنائي عن تداخل مشطين أحاديين متماسكين بترددات تكرار مختلفة قليلاً، ويُمثل هذا الاختلاف في تردد التكرار تباعد خطوط طيف مشط التداخل الجديد. يُمكن استخدام تقنية مشط التردد البصري في التصوير البصري، وتحديد المدى، وقياس السماكة، ومعايرة الأجهزة، وتشكيل طيف الموجات، والإلكترونيات الضوئية للترددات الراديوية، والاتصالات عن بُعد، والتخفي البصري، وغيرها.

الشكل 4: سيناريو تطبيق مشط التردد البصري: قياس شكل رصاصة عالية السرعة كمثال