تقدم البحثمُعدِّل كهروضوئي من نيوبات الليثيوم الرقيق
يُعدّ المُعدِّل الكهروضوئي الجهازَ الأساسيَّ في أنظمة الاتصالات البصرية والأنظمة الفوتونية بالموجات الدقيقة. يُنظِّم هذا المُعدِّل انتشار الضوء في الفضاء الحر أو في الدليل الموجي البصري عن طريق تغيير معامل انكسار المادة الناتج عن المجال الكهربائي المُطبَّق. نيوبات الليثيوم التقليديمعدِّل كهروضوئييستخدم هذا المنتج مادة نيوبات الليثيوم السائبة كمادة كهروضوئية. تُشَوَّب مادة نيوبات الليثيوم أحادية البلورة موضعيًا لتشكيل موجه ضوئي من خلال عملية انتشار التيتانيوم أو تبادل البروتون. يكون فرق معامل الانكسار بين طبقة اللب وطبقة الغلاف صغيرًا جدًا، كما أن قدرة موجه الضوء على الارتباط بالمجال الضوئي ضعيفة. يتراوح الطول الإجمالي للمُعدِّل الضوئي الكهروضوئي المُغلَّف عادةً بين 5 و10 سم.
تُوفر تقنية نيوبات الليثيوم على العازل (LNOI) حلاً فعالاً لمشكلة الحجم الكبير لمُعدِّل نيوبات الليثيوم الكهروضوئي. يصل فرق معامل الانكسار بين طبقة قلب الموجّه وطبقة الغلاف إلى 0.7، مما يُعزز بشكل كبير قدرة ربط الوضع البصري وتأثير التنظيم الكهروضوئي للموجّه، وقد أصبح محوراً بحثياً رئيسياً في مجال المُعدِّل الكهروضوئي.
بفضل التقدم في تكنولوجيا التصنيع الدقيق، شهد تطوير المُعدِّلات الكهروضوئية القائمة على منصة LNOI تقدمًا سريعًا، مما يُظهر اتجاهًا نحو حجم أصغر وتحسينًا مستمرًا في الأداء. وفقًا لهيكل الموجه الموجي المستخدم، فإن المُعدِّلات الكهروضوئية النموذجية المصنوعة من نيوبات الليثيوم ذات الأغشية الرقيقة هي مُعدِّلات كهروضوئية ذات موجّه موجي محفور مباشرةً، ومُحمَّلة بطبقة هجينة.معدِّلات الموجة الموجهةومعدلات الموجات الكهروضوئية المتكاملة المصنوعة من السيليكون الهجين.
في الوقت الحالي، يُقلل تحسين عملية النقش الجاف بشكل كبير من فقدان موجّه نيوبات الليثيوم الرقيق، وتُحلّ طريقة تحميل التلال مشكلة صعوبة عملية النقش العالية، وتُنتج مُعدّلًا كهروضوئيًا نيوبات الليثيوم بجهد نصف موجة أقل من 1 فولت، ويتوافق دمجه مع تقنية SOI المتطورة مع اتجاه تكامل هجين الفوتون والإلكترون. تتميز تقنية نيوبات الليثيوم الرقيق بمزايا تحقيق مُعدّل كهروضوئي مدمج على الشريحة بفقدان منخفض، وحجم صغير، وعرض نطاق ترددي كبير. من الناحية النظرية، يُتوقع أن يكون مُعدّل الدفع والسحب نيوبات الليثيوم الرقيق 3 مم.معدِّلات M⁃Zيمكن أن يصل عرض النطاق الكهروضوئي 3 ديسيبل إلى 400 جيجاهرتز، وقد أُفيد أن عرض النطاق لمُعدِّل نيوبات الليثيوم الرقيق المُجهَّز تجريبيًا يزيد قليلاً عن 100 جيجاهرتز، وهو لا يزال بعيدًا عن الحد الأعلى النظري. إن التحسن الناتج عن تحسين المعلمات الهيكلية الأساسية محدود. في المستقبل، ومن منظور استكشاف آليات وهياكل جديدة، مثل تصميم قطب الموجّه المتوازي القياسي كقطب ميكروويف مُجزَّأ، قد يتحسن أداء المُعدِّل بشكل أكبر.
علاوةً على ذلك، يُمثل تحقيق تغليف رقاقة التعديل المتكاملة والتكامل غير المتجانس على الرقاقة مع الليزر والكاشفات والأجهزة الأخرى فرصةً وتحديًا في آنٍ واحدٍ للتطوير المستقبلي لمُعدِّلات نيوبات الليثيوم الرقيقة. سيلعب مُعدِّل نيوبات الليثيوم الرقيق الكهروضوئي دورًا أكثر أهميةً في مجال فوتونات الميكروويف والاتصالات البصرية وغيرها.
وقت النشر: ٧ أبريل ٢٠٢٥