دور طبقة رقيقة من نيوبات الليثيوم فيمُعدِّل كهروضوئي
منذ نشأة هذه الصناعة وحتى يومنا هذا، تضاعفت سعة الاتصالات عبر الألياف الضوئية ملايين المرات، وتجاوزت في عدد قليل من الأبحاث المتطورة عشرات الملايين من المرات. وقد لعب نيوبات الليثيوم دورًا محوريًا في هذه الصناعة. ففي بدايات الاتصالات عبر الألياف الضوئية، كان تعديل الإشارة الضوئية يتم ضبطه مباشرةً على...ليزريُعدّ هذا النمط من التضمين مقبولاً في التطبيقات ذات النطاق الترددي المنخفض أو المسافات القصيرة. أما في التطبيقات ذات النطاق الترددي العالي والمسافات الطويلة، فسيكون النطاق الترددي غير كافٍ، وستكون تكلفة قناة الإرسال باهظة للغاية بحيث لا تُناسب هذه التطبيقات.
في خضمّ الاتصالات عبر الألياف الضوئية، تزداد سرعة تعديل الإشارة باستمرار لمواكبة الزيادة في سعة الاتصال، ويبدأ نمط تعديل الإشارة الضوئية بالانفصال، حيث تُستخدم أنماط تعديل مختلفة في الشبكات قصيرة المدى والشبكات الرئيسية طويلة المدى. يُستخدم التعديل المباشر منخفض التكلفة في الشبكات قصيرة المدى، بينما يُستخدم مُعدِّل كهروضوئي منفصل في الشبكات الرئيسية طويلة المدى، وهو منفصل عن الليزر.
يستخدم المُعدِّل الكهروضوئي بنية تداخل ماخزندر لتعديل الإشارة، فالضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية، ويتطلب استقرار التداخل الكهرومغناطيسي تحكمًا دقيقًا في التردد والطور والاستقطاب. يُستخدم مصطلح "أهداب التداخل"، وهو مصطلح يُطلق على أهداب التداخل الضوءة وأهداب التداخل المظلمة. الأهداب المضيئة هي المناطق التي يزداد فيها التداخل الكهرومغناطيسي، بينما الأهداب المظلمة هي المناطق التي يضعف فيها التداخل الكهرومغناطيسي. يُعد تداخل ماخزندر نوعًا من مقاييس التداخل ذات بنية خاصة، حيث يتم التحكم في تأثير التداخل عن طريق التحكم في طور نفس الشعاع بعد تقسيمه. بمعنى آخر، يمكن التحكم في نتيجة التداخل من خلال التحكم في طور التداخل.
يُستخدم نيوبات الليثيوم في اتصالات الألياف الضوئية، حيث يُمكنه التحكم في طور الضوء باستخدام مستوى الجهد (الإشارة الكهربائية) لتحقيق تعديل الإشارة الضوئية. هذه هي العلاقة بين المُعدِّل الكهروضوئي ونيوبات الليثيوم. يُطلق على المُعدِّل الذي نستخدمه اسم المُعدِّل الكهروضوئي، والذي يتطلب مراعاة سلامة الإشارة الكهربائية وجودة تعديل الإشارة الضوئية. تتميز فوسفيد الإنديوم وسيليكون الفوتونيات بقدرة إشارة كهربائية أفضل من نيوبات الليثيوم، بينما تُعدّ قدرة الإشارة الضوئية أضعف قليلاً، ولكنها قابلة للاستخدام أيضاً، مما يُتيح فرصة جديدة لاقتناص السوق.
إضافةً إلى خصائصها الكهربائية الممتازة، تتمتع الفوتونات المصنوعة من فوسفيد الإنديوم والسيليكون بمزايا التصغير والتكامل التي لا يمتلكها نيوبات الليثيوم. ففوسفيد الإنديوم أصغر حجمًا من نيوبات الليثيوم ويتمتع بدرجة تكامل أعلى، وكذلك الفوتونات المصنوعة من السيليكون أصغر حجمًا من فوسفيد الإنديوم وتتمتع بدرجة تكامل أعلى. ويُعتبر نيوبات الليثيوم...مُعدِّليبلغ طوله ضعف طول فوسفيد الإنديوم، ولا يمكن أن يكون إلا مُعدِّلاً ولا يمكنه دمج وظائف أخرى.
في الوقت الراهن، دخلت مُعدِّلات الإشارات الكهروضوئية عصر معدل 100 مليار رمز (128 جيجا بايت = 128 مليار رمز)، وقد عاد نيوبات الليثيوم إلى المنافسة بقوة، طامحًا إلى ريادة هذا العصر في المستقبل القريب، والريادة في دخول سوق معدل 250 مليار رمز. ولكي يستعيد نيوبات الليثيوم هذه السوق، عليه أن يُحلِّل ما يمتلكه فوسفيد الإنديوم وفوتونات السيليكون، والذي يفتقر إليه نيوبات الليثيوم، ألا وهو القدرة الكهربائية، والتكامل العالي، والتصغير.
يكمن التغيير في نيوبات الليثيوم في ثلاثة جوانب: أولها تحسين القدرة الكهربائية، وثانيها تحسين التكامل، وثالثها تصغير الحجم. ويتطلب حل هذه الجوانب التقنية الثلاثة إجراءً واحدًا فقط، وهو ترقيق مادة نيوبات الليثيوم، واستخدام طبقة رقيقة جدًا منها كدليل موجي ضوئي. يمكن إعادة تصميم القطب الكهربائي، وتحسين السعة الكهربائية، وزيادة عرض النطاق الترددي وكفاءة تعديل الإشارة الكهربائية. ويمكن أيضًا ربط هذه الطبقة برقاقة السيليكون لتحقيق التكامل المختلط، حيث يعمل نيوبات الليثيوم كمعدِّل، بينما يتكامل باقي السيليكون مع الفوتونات. وتتجلى قدرة السيليكون على تصغير الحجم بوضوح، إذ يُحسِّن دمج طبقة نيوبات الليثيوم مع ضوء السيليكون التكامل، مما يحقق تصغيرًا طبيعيًا.
في المستقبل القريب، سيدخل المُعدِّل الكهروضوئي عصر معدل 200 مليار رمز، وسيصبح العيب البصري لفوتونات فوسفيد الإنديوم والسيليكون أكثر وضوحًا، بينما تبرز الميزة البصرية لنيوبات الليثيوم بشكل متزايد. ويُحسِّن غشاء نيوبات الليثيوم الرقيق من عيب هذه المادة كمُعدِّل، ويركز القطاع الصناعي على "غشاء نيوبات الليثيوم الرقيق".مُعدِّل نيوبات الليثيومهذا هو دور طبقة رقيقة من نيوبات الليثيوم في مجال المعدلات الكهروضوئية.
تاريخ النشر: ٢٢ أكتوبر ٢٠٢٤