الاستقطاب الكهروضوئييتم التحكم عن طريق الكتابة بالليزر الفيمتوثانية وتعديل البلورات السائلة
قام باحثون في ألمانيا بتطوير طريقة جديدة للتحكم في الإشارة الضوئية من خلال الجمع بين كتابة ليزر الفيمتوثانية والبلورات السائلةالتعديل الكهروضوئيبتضمين طبقة من الكريستال السائل في الدليل الموجي، يتم التحكم الكهروضوئي في حالة استقطاب الشعاع. تفتح هذه التقنية آفاقًا جديدة كليًا للأجهزة القائمة على الرقائق والدوائر الفوتونية المعقدة المصنوعة باستخدام تقنية الكتابة بليزر الفيمتوثانية. وقد شرح فريق البحث بالتفصيل كيفية صنع ألواح موجية قابلة للضبط في أدلة موجية من السيليكون المندمج. عند تطبيق جهد كهربائي على الكريستال السائل، تدور جزيئاته، مما يغير حالة استقطاب الضوء المنقول في الدليل الموجي. في التجارب التي أُجريت، نجح الباحثون في تعديل استقطاب الضوء تمامًا عند طولين موجيين مرئيين مختلفين (الشكل 1).
الجمع بين تقنيتين رئيسيتين لتحقيق تقدم مبتكر في الأجهزة المتكاملة الفوتونية ثلاثية الأبعاد
إن قدرة ليزرات الفيمتوثانية على كتابة أدلة موجية بدقة داخل المادة، بدلاً من مجرد وضعها على سطحها، تجعلها تقنية واعدة لزيادة عدد أدلة الموجات على شريحة واحدة إلى أقصى حد. تعمل هذه التقنية بتركيز شعاع ليزر عالي الكثافة داخل مادة شفافة. عندما تصل شدة الضوء إلى مستوى معين، يُغير الشعاع خصائص المادة عند نقطة تطبيقه، تمامًا مثل القلم بدقة ميكرون.
جمع فريق البحث تقنيتين أساسيتين للفوتونات لتضمين طبقة من البلورات السائلة في الدليل الموجي. أثناء مرور الشعاع عبر الدليل الموجي والبلورة السائلة، يتغير طور الشعاع واستقطابه عند تطبيق مجال كهربائي. بعد ذلك، يستمر الشعاع المعدّل في الانتشار عبر الجزء الثاني من الدليل الموجي، محققًا بذلك نقل الإشارة الضوئية بخصائص التعديل. تتيح هذه التقنية الهجينة، التي تجمع بين التقنيتين، مزايا كليهما في الجهاز نفسه: من جهة، كثافة عالية لتركيز الضوء الناتج عن تأثير الدليل الموجي، ومن جهة أخرى، قابلية تعديل عالية للبلورة السائلة. يفتح هذا البحث آفاقًا جديدة لاستخدام خصائص البلورات السائلة لتضمين أدلة موجية في الحجم الكلي للأجهزة.المُعدِّلاتلالأجهزة الفوتونية.
الشكل 1 قام الباحثون بدمج طبقات من الكريستال السائل في الموجهات الموجية التي تم إنشاؤها عن طريق الكتابة المباشرة بالليزر، ويمكن استخدام الجهاز الهجين الناتج لتغيير استقطاب الضوء المار عبر الموجهات الموجية
تطبيقات ومزايا البلورات السائلة في تعديل الموجات الليزرية الفيمتوثانية
بالرغم منالتعديل البصريفي السابق، كان يتم تحقيق كتابة أدلة الموجات باستخدام ليزر الفيمتوثانية بشكل أساسي عن طريق تسخينها موضعيًا، أما في هذه الدراسة، فقد تم التحكم في الاستقطاب مباشرةً باستخدام البلورات السائلة. ويشير الباحثون إلى أن "نهجنا يتميز بالعديد من المزايا المحتملة: انخفاض استهلاك الطاقة، والقدرة على معالجة أدلة الموجات الفردية بشكل مستقل، وتقليل التداخل بين أدلة الموجات المتجاورة". لاختبار فعالية الجهاز، حقن الفريق ليزرًا في دليل الموجات وقاموا بتعديل الضوء عن طريق تغيير الجهد المطبق على طبقة البلورة السائلة. وتتوافق تغيرات الاستقطاب الملحوظة عند الخرج مع التوقعات النظرية. كما وجد الباحثون أنه بعد دمج البلورة السائلة مع دليل الموجات، ظلت خصائص تعديلها دون تغيير. ويؤكد الباحثون أن الدراسة مجرد إثبات للمفهوم، لذا لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به قبل تطبيق هذه التقنية عمليًا. على سبيل المثال، تقوم الأجهزة الحالية بتعديل جميع أدلة الموجات بنفس الطريقة، لذا يعمل الفريق على تحقيق تحكم مستقل في كل دليل موجة على حدة.
وقت النشر: ١٤ مايو ٢٠٢٤