اقرأ في هذا المقال
- أساسيات المفتاح الكهربائي البصري
- آلية عمل المفتاح الكهربائي البصري
- طرق استخدام المفتاح الكهربائي البصري
- تطور المفتاح الكهربائي البصري
لإنشاء مفاتيح كهربائية بصرية من السيليكون واسعة النطاق للتوصيلات البينية الضوئية، تم تطوير طريقة باستخدام عدد محدود من شاشات الطاقة، والتي تم إدخالها في مواضع معينة لاكتشاف وتحديد نقاط التشغيل المثلى لجميع وحدات التبديل للتخلص من التأثيرات غير المنتظمة الناشئة عن التصنيع أخطاء، كما تم أيضاً إنتاج تحيز في الطور البصري لذراع ناقل طور واحد لوحدة تبديل من نوع “Mach-Zehnder”؛ لموازنة حالتي التشغيل لمفتاح كهربائي بصري من السيليكون أثناء عملية الدفع والسحب.
أساسيات المفتاح الكهربائي البصري:
باستخدام عدة طرق تم تصنيع مفتاح كهربائي بصري من السيليكون “32 × 32 MZI” باستخدام تقنية معالجة أكسيد وأشباه الموصلات المعدنية التكميلية “180 نانومتر” لـ “CMOS”، وهو أكبر مفتاح كهربائي بصري من السيليكون، حيث عند الطول الموجي “1520 نانومتر” كانت خسائر الإدراج على الرقاقة من “12.9 ديسبل” إلى “16.5 ديسيبل”.
وتراوحت التداخلات من “-17.9 ديسبل” إلى “-24.8 ديسيبل” عندما تم ضبط جميع الوحدات على حالة “تقاطع”، وتراوحت الخسائر من “14.4 ديسبل” إلى “18.5 ديسيبل” وتراوح الحديث المتبادل من “-15.1 ديسبل” إلى “-19.0 ديسيبل” عندما كانت جميع الوحدات في حالة “شريط”، وكان إجمالي استهلاك الطاقة للمحول “32 × 32” هو “247.4 ميجاواط” و”542.3 ميجاواط” عندما تم ضبط جميع الوحدات على حالتي “Cross” و”Bar” على التوالي.
تتم مراجعة تطبيقات الشبكة المحتملة للتبديل الضوئي على أساس استخدام تكنولوجيا الموجات الكهربية الموجهة، كما تمت إضافة خصائص وقيود تقنيات المكونات الخاصة بالتبديل بين المكان والزمان بالرجوع إلى الحالة الراهنة، وتم وصف تجارب النظم وكذلك إنّ تكنولوجيا صفائف المفاتيح الكهربائية الضوئية قد تقدمت إلى الحد الذي يمكن فيه إجراء تقييمات الأنظمة والتي تستهدف مجموعة من تطبيقات الشبكة.
ومن المتوقع أن تقدم هذه المصفوفات مزايا أداء في تبديل تقسيم الفضاء وبعض تطبيقات أسلوب النقل المتزامن، وتم عرض صفائف بأحجام تصل إلى “16 * 16” والتحسينات مطلوبة في تقنيات لربط وحدات التبديل بكفاءة لتشكيل مفاتيح أكبر، وتتم معالجة تقنيات توسيع السعة وأهمها استخدام التضخيم البصري وتقنيات الإرسال البصري المتماسكة ومفاهيم تبديل تقسيم الطول الموجي.
- “CMOS” هي اختصار لـ “Complementary metal–oxide–semiconductor”.
آلية عمل المفتاح الكهربائي البصري:
أدى نمو التصوير ثلاثي الأبعاد عبر مجموعة من القطاعات إلى زيادة الطلب على تقنية توجيه الحزمة ويمكن أن تستفيد المجالات المتنوعة، مثل المركبات المستقلة والتصوير الطبي من طريقة توجيه الحزمة عالية السرعة والقابلة للتكيف، وتم تصميم مفتاحاً كهربائياً ضوئياً متآلفاً دون جزء من الثانية كحل تجاه الحاجة إلى الموثوقية والسرعة وقابلية العنونة الديناميكية.
كما تم عرض نظام للكشف عن الضوء في الحالة الصلبة وتحديد نطاقه على نطاق معمل وباستخدام مفتاح كهربائي ضوئي لإطلاق ضوء متماسك معدل في مساحة خالية، ومن ثم تجميع الإشارة المنعكسة، وتم استخدام الاكتشاف المتماسك للضوء المنعكس لاستخراج النطاق والسرعة المحورية للأهداف في وقت واحد في كل من منافذ الإخراج العديدة القابلة للتوجيه إلكترونياً.
تعد الماسحات الضوئية القادرة على توجيه الحزمة الضوئية عالية السرعة ضرورية للعديد من تقنيات التصوير، بما في ذلك الكشف عن الضوء وتحديد المدى “LIDAR” وتطبيقات التصوير الطبي، واعتمدت أجهزة استشعار الضوء متعدد البكسل على المرايا الدوارة الميكانيكية، والتي تُعتبر مرهقة وتفتقر إلى قابلية العنونة الديناميكية.
وبالمثل اعتمد التصوير المقطعي التوافقي البصري ذي المجال الكامل على حركة مرحلة العينة أو توجيه المرآة الميكانيكية لمسح عينة، وانتقلت التطورات الحديثة إلى تقنيات مسح الحزمة المتكاملة البسيطة بما في ذلك المرايا الدقيقة والكهروميكانيكية، وصفيف طور بصري والليزر الباعث للأسطح ذات التجويف العمودي، والماسحات الضوئية وعواكس شعاع كهروبصرية ومسح طيفي.
تقنيات مسح الحزمة هذه سمحت بتحسين أداء الاستشعار عن طريق زيادة حجم ومعدل تحديث سحابة النقطة المتولدة، ولا تزال معظم تقنيات مسح الحزمة هذه تحد من حجم سحابة النقطة ومعدل التحديث بسبب قيود السرعة، مع استثناء ملحوظ لمصفوفات الطور البصري “لفوسفيد الإنديوم” والتي لها معدلات اكتساح “زاوية> 10 ° / μs”.
- “LIDAR” هي اختصار لـ “Light Detection and Ranging”.
طرق استخدام المفتاح الكهربائي البصري:
تتمثل الطريقة البديلة لمعالجة الحزمة المكانية في استخدام جهاز ذي أوضاع إنتاج مكانية منفصلة ومتميزة لإجراء مسح منفصل “نقطة بنقطة” بدلاً من المسح المستمر، ويمكن لشبكة الدليل الموجي القابلة لإعادة التكوين إجراء مثل هذا المسح المنفصل، ويضمن هذا النهج سرعة عالية وخالية من الفصوص الجانبية ووضعاً فردياً وتوجيهاً شعاعياُ أحادي الطول مع مجال الرؤية والدقة الذي يتم تعيينه بدلاً من بصريات الإخراج.
تم عرض هذا المسح المنفصل بدائرة متكاملة ضوئية من السيليكون، حيث يتم التحكم في قناة الإخراج حرارياً، وشبكة تبديل من الألياف إلى مساحة خالية تعتمد على جهاز كهربائي بصري متكامل ممّا يتيح سرعة عالية، وتوجيه شعاع ضوئي ناتج أحادي الوضع وجمع الضوء، كما تستخدم هذه الإمكانية لإثبات نطاق الليزر وقياس السرعة المتكامل باستخدام ضوء واكتشاف متماسك ومعدَّل.
تم توضيح نوع مقياس التداخل “Mach-Zehnder” منخفض الفقد وعالي السرعة من مفتاح البوليمر الكهروضوئي مع دليل موجي متكامل سلبي إلى نشط، وتم تصميم ومحاكاة المعلمات المميزة للدليل الموجي البوليمر المتكامل الخامل إلى النشط والمفتاح بعناية، وتم التصنيع باستخدام تقنيات تصنيع أشباه الموصلات التقليدية مثل الطلاء بالدوران والطباعة الحجرية الضوئية.
تم تصنيع المفتاح بناءً على مادة “SU-8” باستخدام إجراء النقش الرطب البسيط، وتم تحسين خسارة الإدراج لمفتاح “EO” القائم على الدليل الموجي المتكامل الخامل إلى النشط من “12.3 ديسيبل” إلى “7.7 ديسيبل” مقارنةً بخسارة مفتاح “EO” القائم على الدليل الموجي النشط الوحيد، وكان وقت صعود التحويل المقاس ووقت السقوط “26.29 نانوثانية “و”24.53 نانوثانية” على التوالي.
- “EO” هي اختصار لـ “Elector-optic”.
تطور المفتاح الكهربائي البصري:
يتعلق تطور المفتاح الكهربائي البصري بالتحسين والاستخدام المحتمل لجهاز التأثير الكهروضوئي الذاتي المتماثل “S-SEED”، وهو جهاز منطقي إلكتروني ضوئي ثنائي الاستقرار ويستخدم “SEED” التغيير في امتصاص الضوء من تيارات كمومية متعددة أشباه الموصلات، عندما يتم تطبيق مجال كهربائي بشكل عمودي على طبقاتها أي تأثير “شتارك” المحصور الكمي.
يمكن استخدام هذه التيارات الكمومية المتعددة والمدمجة في المنطقة الجوهرية لبنية نوع الصمام الثنائي، ولتعديل شعاع الضوء الساقط عن طريق تغيير المجال الكهربائي المطبق، وفي ظل ظروف معينة يمكن تشغيل “SEED” في ظل ردود فعل إيجابية ويكون ثابتاً في شدة حزم الإدخال الخاصة به، ومن خلال استخدام خصائص تحسين التعديل في تجويف “فابري-بيرو” غير المتماثل يمكن لهذه الأجهزة أن تعرض تباينات تحويل عالية جداً لجهود التشغيل المنخفضة.
يمكن أن تعمل هذه الأجهزة أيضاً كمُعدِّلات خطية أو مفاتيح بصرية حيث يمتص الصنبور طاقة بصرية كافية لملئ محرك التيار ومع انعكاس باقي الطاقة الضوئية، ويتم عرض مُعدِّل خطي عالي التباين ووظائفه كنقر بصري، ويُقترح أيضاُ تطبيق هذا الجهاز للاستخدام في المحول الذاتي الضبط والبصري إلى الإلكتروني التسلسلي إلى المتوازي.
يتمثل أحد قيود أجهزة التبديل الضوئية الحالية في أنّها إمّا أجهزة قريبة ذات نطاق ترددي عالٍ ولا تحتوي على حساسية بت، أو أنهّا أجهزة منطقية بحتة مع حساسية بت ولكن نطاق ترددي أقل بكثير، وتم عرض طريقة جديدة لتشغيل “S-SEED” والتي تجمع بين مزايا كلا المجموعتين من أجهزة التحويل البصري.
- “S-SEED” هي اختصار لـ “Symmetric Self-Electro-Optic Effect Device”.
