مُعدِّل Eoسلسلة: جهاز تحكم في الاستقطاب ذو غشاء رقيق من نيوبات الليثيوم عالي السرعة ومنخفض الجهد وصغير الحجم
تُعدّ الموجات الضوئية في الفضاء الحر (وكذلك الموجات الكهرومغناطيسية ذات الترددات الأخرى) موجات قصّ، ويتخذ اتجاه اهتزاز مجاليها الكهربائي والمغناطيسي اتجاهاتٍ متعددة في المقطع العرضي العمودي على اتجاه الانتشار، وهي خاصية استقطاب الضوء. للاستقطاب أهمية تطبيقية بالغة في مجالات الاتصالات البصرية المتماسكة، والكشف الصناعي، والطب الحيوي، والاستشعار عن بُعد للأرض، والتطبيقات العسكرية الحديثة، والطيران، والمحيطات.
في الطبيعة، ولتحسين قدرتها على التنقل، طورت العديد من الكائنات الحية أنظمة بصرية قادرة على تمييز استقطاب الضوء. على سبيل المثال، تمتلك النحلة خمس عيون (ثلاث عيون مفردة، وعينان مركبتان)، تحتوي كل منها على 6300 عين صغيرة، مما يساعدها على رسم خريطة لاستقطاب الضوء في جميع الاتجاهات في السماء. تستخدم النحلة هذه الخريطة لتحديد مواقع الأزهار التي تجدها بدقة، وتوجيه أفراد نوعها إليها. أما البشر، فلا يمتلكون أعضاءً فسيولوجية مماثلة لتلك الموجودة لدى النحل لاستشعار استقطاب الضوء، ويحتاجون إلى استخدام أجهزة اصطناعية لاستشعار استقطاب الضوء والتحكم فيه. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك استخدام النظارات المستقطبة لتوجيه الضوء من صور مختلفة إلى العينين اليمنى واليسرى باستقطاب متعامد، وهو مبدأ الأفلام ثلاثية الأبعاد في دور السينما.
يُعدّ تطوير أجهزة التحكم في الاستقطاب الضوئي عالية الأداء مفتاحًا لتطوير تقنيات تطبيقات الضوء المستقطب. تشمل أجهزة التحكم في الاستقطاب النموذجية مولد حالة الاستقطاب، وجهاز التشويش، ومحلل الاستقطاب، وجهاز التحكم في الاستقطاب، وغيرها. في السنوات الأخيرة، شهدت تقنية معالجة الاستقطاب الضوئي تقدمًا متسارعًا وتكاملًا عميقًا في عدد من المجالات الناشئة ذات الأهمية الكبيرة.
أخذالاتصالات الضوئيةعلى سبيل المثال، مدفوعة بالطلب على نقل البيانات الضخمة في مراكز البيانات، فإن الاتصالات المتماسكة لمسافات طويلةبصريتتوسع تقنية الاتصالات تدريجيًا لتشمل تطبيقات الربط البيني قصيرة المدى، والتي تتأثر بشدة بالتكلفة واستهلاك الطاقة. ويمكن لتقنية التحكم في الاستقطاب أن تُسهم بفعالية في خفض تكلفة واستهلاك الطاقة لأنظمة الاتصالات الضوئية المتماسكة قصيرة المدى. مع ذلك، يُعتمد حاليًا على التحكم في الاستقطاب بشكل أساسي باستخدام مكونات ضوئية منفصلة، مما يُعيق تحسين الأداء وخفض التكلفة. ومع التطور السريع لتقنية التكامل الكهروضوئي، يُعد التكامل والرقائق من الاتجاهات المهمة في تطوير أجهزة التحكم في الاستقطاب الضوئي مستقبلًا.
مع ذلك، تعاني الموجهات الضوئية المُحضّرة في بلورات نيوبات الليثيوم التقليدية من عيوبٍ تتمثل في انخفاض تباين معامل الانكسار وضعف قدرة ربط المجال الضوئي. فمن جهة، يكون حجم الجهاز كبيرًا، مما يصعب تلبية متطلبات التطوير والتكامل. ومن جهة أخرى، يكون التفاعل الكهروضوئي ضعيفًا، ويتطلب الجهاز جهد تشغيل عالٍ.
في السنوات الأخيرة،الأجهزة الضوئيةحققت المواد القائمة على أغشية رقيقة من نيوبات الليثيوم تقدماً تاريخياً، حيث حققت سرعات أعلى وفولتيات تشغيل أقل من المواد التقليدية.أجهزة الفوتونيات المصنوعة من نيوبات الليثيوملذا فهي تحظى بشعبية كبيرة في الصناعة. في بحث حديث، تم تصميم شريحة متكاملة للتحكم في الاستقطاب الضوئي على منصة تكامل ضوئي من أغشية رقيقة من نيوبات الليثيوم، تشمل مولد الاستقطاب، ومُشوش الاستقطاب، ومحلل الاستقطاب، ووحدة تحكم الاستقطاب، وغيرها من الوظائف الرئيسية. وقد حققت المعايير الرئيسية لهذه الشرائح، مثل سرعة توليد الاستقطاب، ونسبة إخماد الاستقطاب، وسرعة اضطراب الاستقطاب، وسرعة القياس، أرقامًا قياسية عالمية جديدة، وأظهرت أداءً ممتازًا من حيث السرعة العالية، والتكلفة المنخفضة، وانعدام فقدان التعديل الطفيلي، وانخفاض جهد التشغيل. ولأول مرة، تُحقق نتائج هذا البحث سلسلة من التطبيقات عالية الأداء.نيوبات الليثيومأجهزة التحكم في الاستقطاب البصري ذات الأغشية الرقيقة، والتي تتكون من وحدتين أساسيتين: 1. دوران الاستقطاب / فاصل، 2. مقياس التداخل ماخ زيندل (شرح >)، كما هو موضح في الشكل 1.
تاريخ النشر: 26 ديسمبر 2023