معدِّل Eoسلسلة: جهاز التحكم في استقطاب الأغشية الرقيقة من نيوبات الليثيوم عالي السرعة ومنخفض الجهد وصغير الحجم
موجات الضوء في الفضاء الحر (وكذلك الموجات الكهرومغناطيسية ذات الترددات الأخرى) هي موجات قص، ويتخذ اتجاه اهتزاز مجاليها الكهربائي والمغناطيسي في المقطع العرضي اتجاهات متعددة عمودية على اتجاه الانتشار، وهي خاصية استقطاب الضوء. للاستقطاب تطبيقات مهمة في مجالات الاتصالات البصرية المتماسكة، والكشف الصناعي، والطب الحيوي، واستشعار الأرض عن بُعد، والمجالات العسكرية الحديثة، والطيران، والمحيطات.
في الطبيعة، ولتسهيل التنقل، طورت العديد من الكائنات الحية أنظمة بصرية قادرة على تمييز استقطاب الضوء. على سبيل المثال، للنحل خمس عيون (ثلاث عيون مفردة، وعينان مركبتان)، تحتوي كل منها على 6300 عين صغيرة، تساعده على رسم خريطة لاستقطاب الضوء في جميع اتجاهات السماء. يستخدم النحل خريطة الاستقطاب لتحديد موقع أزهاره وإرشادها بدقة. لا يمتلك البشر أعضاء فسيولوجية مشابهة للنحل لاستشعار استقطاب الضوء، ويحتاجون إلى استخدام معدات صناعية لاستشعار استقطاب الضوء والتحكم فيه. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك استخدام النظارات المستقطبة لتوجيه الضوء من صور مختلفة إلى العينين اليمنى واليسرى باستقطابات عمودية، وهو مبدأ الأفلام ثلاثية الأبعاد في السينما.
يُعد تطوير أجهزة التحكم في الاستقطاب البصري عالية الأداء مفتاحًا لتطوير تكنولوجيا تطبيقات الضوء المستقطب. تشمل أجهزة التحكم في الاستقطاب التقليدية مولد حالة الاستقطاب، وجهاز التشويش، ومحلل الاستقطاب، وجهاز التحكم في الاستقطاب، وغيرها. في السنوات الأخيرة، شهدت تكنولوجيا معالجة الاستقطاب البصري تقدمًا متسارعًا، واندماجًا عميقًا في عدد من المجالات الناشئة ذات الأهمية الكبيرة.
أخذالاتصالات البصريةعلى سبيل المثال، مدفوعًا بالطلب على نقل البيانات الضخمة في مراكز البيانات، فإن الاتصالات المتماسكة طويلة المدىبصريتنتشر تكنولوجيا الاتصالات تدريجيًا في تطبيقات الربط البيني قصيرة المدى شديدة الحساسية للتكلفة واستهلاك الطاقة، ويمكن لاستخدام تقنية معالجة الاستقطاب أن يُخفّض التكلفة واستهلاك الطاقة بشكل فعال في أنظمة الاتصالات البصرية المتماسكة قصيرة المدى. ومع ذلك، يعتمد التحكم في الاستقطاب حاليًا بشكل رئيسي على المكونات البصرية المنفصلة، مما يُعيق بشكل كبير تحسين الأداء وخفض التكلفة. مع التطور السريع لتكنولوجيا التكامل الإلكتروني البصري، يُعدّ التكامل والرقاقة اتجاهين مهمين في التطوير المستقبلي لأجهزة التحكم في الاستقطاب البصري.
ومع ذلك، فإن الموجهات الموجية البصرية المُعدّة في بلورات نيوبات الليثيوم التقليدية تعاني من عيبين، هما انخفاض تباين معامل الانكسار وضعف قدرة ربط المجال البصري. من ناحية، حجم الجهاز كبير، مما يُصعّب تلبية متطلبات تطوير التكامل. من ناحية أخرى، التفاعل الكهروضوئي ضعيف، وجهد تشغيل الجهاز مرتفع.
في السنوات الأخيرة،الأجهزة الفوتونيةلقد حققت المواد الرقيقة التي تعتمد على نيوبات الليثيوم تقدمًا تاريخيًا، حيث حققت سرعات أعلى وجهد قيادة أقل من المواد التقليديةأجهزة فوتونية من نيوبات الليثيوم، لذا فهي مفضلة في الصناعة. في الأبحاث الحديثة، صُممت رقاقة التحكم في الاستقطاب البصري المتكاملة على منصة التكامل الفوتوني للأغشية الرقيقة من نيوبات الليثيوم، بما في ذلك مولد الاستقطاب، وجهاز التشويش، ومحلل الاستقطاب، ووحدة التحكم في الاستقطاب، وغيرها من الوظائف الرئيسية. وقد حققت المعلمات الرئيسية لهذه الرقاقات، مثل سرعة توليد الاستقطاب، ونسبة إخماد الاستقطاب، وسرعة اضطراب الاستقطاب، وسرعة القياس، أرقامًا قياسية عالمية جديدة، وأظهرت أداءً ممتازًا في السرعة العالية، والتكلفة المنخفضة، وعدم فقدان التعديل الطفيلي، وجهد التشغيل المنخفض. وتُظهر نتائج البحث لأول مرة سلسلة من الأداء العالي.نيوبات الليثيومأجهزة التحكم في الاستقطاب البصري للأغشية الرقيقة، والتي تتكون من وحدتين أساسيتين: 1. دوران/تقسيم الاستقطاب، 2. مقياس تداخل ماخ-زيندل (الشرح >)، كما هو موضح في الشكل 1.
وقت النشر: ٢٦ ديسمبر ٢٠٢٣