Jannah Theme License is not validated, Go to the theme options page to validate the license, You need a single license for each domain name.
أخبار التقنية

تصميم مبدل المرحلة من السيليكون الفوتوني MEMS مع المحاكاة



يتم تقديم هذه المقالة الدعائية إليك بواسطة COMSOL.

غالبًا ما يوصف العالم الحديث المتصل بالإنترنت على أنه سلكي، ولكن معظم حركة بيانات الشبكة الأساسية يتم نقلها فعليًا بواسطة الألياف الضوئية – وليس الأسلاك الكهربائية. على الرغم من ذلك ، لا تزال البنية التحتية الحالية تعتمد على العديد من مكونات معالجة الإشارات الكهربائية المدمجة داخل شبكات الألياف البصرية. يمكن أن يؤدي استبدال هذه المكونات بأجهزة فوتونية إلى زيادة سرعة الشبكة وقدرتها وموثوقيتها. للمساعدة في تحقيق إمكانات هذه التكنولوجيا الناشئة ، طور فريق متعدد الجنسيات في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان (EPFL) نموذجًا أوليًا لمحول الطور الفوتوني السيليكوني ، وهو جهاز يمكن أن يصبح لبنة أساسية للجيل القادم من البصريات شبكات بيانات الألياف.

إنارة مسار نحو الشبكات البصرية بالكامل

يبدو استخدام الأجهزة الضوئية لمعالجة الإشارات الضوئية منطقيًا ، فلماذا لا يعد هذا النهج هو القاعدة بالفعل؟ “سؤال جيد للغاية ، لكنه في الواقع سؤال صعب الإجابة عليه!” يقول حامد ستاري ، المهندس حاليًا في المركز السويسري للإلكترونيات والتكنولوجيا الدقيقة (CSEM) المتخصص في الدوائر المتكاملة الضوئية (PIC) مع التركيز على تقنية النظام الكهروميكانيكي الدقيق (MEMS). كان Sattari عضوًا رئيسيًا في فريق EPFL للضوئيات الذي طور مبدل الطور الفوتوني السيليكوني. في اتباع نهج قائم على MEMS لمعالجة الإشارات الضوئية ، يستفيد ساتاري وزملاؤه من تقنية التصنيع الجديدة والناشئة. يقول ساتاري: “حتى قبل عشر سنوات ، لم نتمكن من إنتاج هياكل متحركة متكاملة بشكل موثوق لاستخدامها في هذه الأجهزة”. “الآن ، أصبحت ضوئيات السيليكون و MEMS أكثر قابلية للتحقيق مع قدرات التصنيع الحالية لصناعة الإلكترونيات الدقيقة. هدفنا هو توضيح كيف يمكن استخدام هذه القدرات لتحويل البنية التحتية لشبكة الألياف الضوئية. “

تعتمد شبكات الألياف الضوئية ، التي تشكل العمود الفقري للإنترنت ، على العديد من أجهزة معالجة الإشارات الكهربائية. يمكن لمكونات الشبكة الضوئية للسيليكون النانوية ، مثل مبدلات الطور ، أن تعزز سرعة الشبكة الضوئية وقدرتها وموثوقيتها.

يعد مشروع تصميم ناقل الحركة الطور جزءًا من جهود EPFL الأوسع لتطوير مكونات ضوئية قابلة للبرمجة لشبكات بيانات الألياف الضوئية وتطبيقات الفضاء. تتضمن هذه الأجهزة مفاتيح ؛ مقرنات صريف من رقاقة إلى ألياف ؛ المخففات البصرية المتغيرة (VOAs) ؛ ومحولات الطور ، والتي تعدل الإشارات الضوئية. يقول ساتاري: “تميل مغيرات الطور الضوئية الحالية لهذا التطبيق إلى أن تكون ضخمة ، أو أنها تعاني من فقدان الإشارة”. أولويتنا هي إنشاء مبدل طور أصغر مع خسارة أقل ، وجعله قابلاً للتطوير للاستخدام في العديد من تطبيقات الشبكة. يمكن أن يؤدي تشغيل النظم الكهروميكانيكية الصغرى للأدلة الموجية المنقولة إلى تعديل إشارة ضوئية باستهلاك منخفض للطاقة في مساحة صغيرة “.

كيف يساعد الدليل الموجي المتحرك في تعديل الإشارات الضوئية

إن مبدل الطور MEMS هو آلية متطورة ذات غرض بسيط مخادع: فهو يضبط سرعة الضوء. لتغيير طور الضوء هو إبطائه. عندما يحمل الضوء إشارة بيانات ، يؤدي التغيير في سرعته إلى حدوث تغيير في الإشارة. ستعمل التحولات السريعة والدقيقة في الطور على تعديل الإشارة ، ودعم نقل البيانات بأقل خسارة في جميع أنحاء الشبكة. لتغيير طور الضوء الذي ينتقل عبر موصل من الألياف الضوئية ، أو الدليل الموجي للحافلةتقوم آلية MEMS بتحريك قطعة من السيليكون الشفاف تسمى أ مقرنة على مقربة من الحافلة.

Illustraion لمحول طور MEMS في وضع التشغيل والإيقاف.

يوفر تصميم آلية MEMS في ناقل الحركة مرحلتين من الحركة (الشكل 1). توفر المرحلة الأولى حركة تشغيل وإيقاف بسيطة للدليل الموجي للمقرنة ، وبالتالي يتم إشراك أو فصل قارنة التوصيل عن الناقل. عند تعشيق قارنة التوصيل ، يتم توفير نطاق حركة أدق من خلال المرحلة الثانية. يتيح ذلك ضبط الفجوة بين المقرن والناقل ، مما يوفر تعديلًا دقيقًا لتغير الطور في الإشارة الضوئية. يوضح ساتاري: “إن تحريك قارنة التوصيل باتجاه الحافلة هو ما يغير مرحلة الإشارة”. “المقرنة مصنوعة من السيليكون مع معامل انكسار عالي. عندما يقترن المكونان ، ستمر أيضًا موجة ضوئية تتحرك عبر الناقل عبر المقرن ، وستتباطأ الموجة “. إذا لم يتم التحكم في الاقتران البصري للمقرن والناقل بعناية ، يمكن أن يتشوه شكل موجة الضوء ، مما قد يفقد الإشارة – والبيانات.

التصميم في Nanoscale مع المحاكاة البصرية والكهروميكانيكية

كان التحدي الذي واجهه ساتاري وفريقه هو تصميم آلية نانوية للتحكم في عملية الاقتران بأكبر قدر ممكن من الدقة والموثوقية. نظرًا لأن ناقل الحركة الخاص بهم سيستخدم التيار الكهربائي لتحريك عنصر بصري ماديًا ، اتخذ ساتاري وفريق EPFL نهجًا ثنائي المسار لتصميم الجهاز. كان هدفهم هو تحديد مقدار الجهد الذي يجب تطبيقه على آلية MEMS للحث على التحول المطلوب في الإشارة الضوئية. كانت المحاكاة أداة أساسية لتحديد القيم المتعددة التي من شأنها أن تؤسس العلاقة بين الجهد والطور. الجهد مقابل المرحلة هو سؤال معقد متعدد الفيزياء. لقد قدم لنا برنامج COMSOL Multiphysics العديد من الخيارات لتقسيم هذه المشكلة الكبيرة إلى مهام أصغر ، “كما يقول ساتاري. “لقد أجرينا المحاكاة في قوسين متوازيين ، باستخدام وحدة RF للنمذجة البصرية ووحدة الميكانيكا الإنشائية للمحاكاة الكهروميكانيكية.”

تضمنت النمذجة الضوئية (الشكل 2) تحليل الوضع ، والذي حدد معامل الانكسار الفعال لعناصر الدليل الموجي المقترنة ، تليها دراسة انتشار الإشارة. يقول ساتاري: “هدفنا هو دخول الضوء إلى أجهزتنا والخروج منها مع التغيير المطلوب فقط في مرحلته”. “للمساعدة في تحقيق ذلك ، يمكننا تحديد eigenmode لنظامنا في COMSOL.”

تُظهر الصورة اليسرى محاكاة EM لحافلة بصرية مع مرور الضوء من خلالها ، وتُظهر الصورة اليمنى ست صور مقطعية عرضية لكيفية تصرف شعاع الضوء في التكوينات المختلفة للحافلة.

نموذج ثلاثي الأبعاد يُظهر الدليل الموجي ، مع هيكل خارجي باللون الأحمر وعناصر داخلية معلقة وتنثني باللون الأزرق.

يُظهر اليسار مخطط تحول الطور يتزايد مع زيادة الفجوة الرأسية ؛  يُظهر المخطط الأيمن انخفاض الجهد وزيادة الخسارة مع زيادة الفجوة الرأسية.

إلى جانب تحديد الأشكال الفيزيائية للدليل الموجي وآلية التشغيل ، مكنت المحاكاة ساتري أيضًا من دراسة تأثيرات الإجهاد ، مثل التشوه غير المرغوب فيه أو الإزاحة الناتجة عن التشغيل المتكرر. يقول: “كل قرار يتعلق بالتصميم يعتمد على ما أظهرته لنا المحاكاة”.

إضافة إلى تأسيس الشبكات الضوئية المستقبلية

كان الهدف من هذا المشروع هو توضيح كيف يمكن إنتاج مبدلات طور النظم الكهروميكانيكية الصغرى (MEMS) بقدرات التصنيع الحالية. والنتيجة هي تصميم قوي وموثوق يمكن تحقيقه من خلال عمليات التصنيع السطحية الدقيقة الآلية ، ويحتل مساحة إجمالية تبلغ 60 ميكرون × 44 ميكرومتر فقط. الآن بعد أن أصبح لديهم دليل ثابت على المفهوم ، يتطلع ساتاري وزملاؤه إلى رؤية تصميماتهم مدمجة في شبكات البيانات الضوئية في العالم. يقول ساتاري: “نحن نصنع اللبنات الأساسية للمستقبل ، وسيكون من المجزي رؤية إمكاناتها تصبح حقيقة واقعة”.

مراجع

  1. H. Sattari et al. ، “ناقل حركة طور السيليكون الفوتوني MEMS ،” اوبتكس اكسبريس، المجلد. 27 ، لا. 13 ، ص. ١٨٩٥٩-١٨٩٦٩ ، ٢٠١٩.
  2. TJ Seok et al. ، “المفاتيح الضوئية الرقمية ذات النطاق العريض ذات النطاق العريض مع قارنات ثابتة ثابتة ،” البصريات، المجلد. 3 ، لا. 1 ، ص. 64-70 ، 2016.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى

shark tank episode with keto pillskelly clarkson keto weight loss secret before and after photos 2024mach5 keto acv gummies reviewshow did kelly clarkson lose weight so quickly weight loss diet 2024maggie beer keto gummies australiakelly clarkson weight loss diet decoding her health and fitness regimen 2024malibu labs keto gummiesNew keto acv gummies reviews alert 2024 does keto acv gummies work be carefulmax ketosis keto acv gummies reviewskelly clarkson diet 2024 weight loss secrets keto gummies reviewmelissa mccarthy keto gummieskelly clarkson weight loss update before and after photos 2024 transformation on today showmentom keto gummiesketo gummies in 2024 side effects and ingredients keto gummies reviewminch keto gummies reviewsketo gummies 2024 warning keto gummies shark tank show reviews walmartmntx keto bhb gummiesshark tank keto gummies update 2024 keto gummies review keto acv gummies reviewsmr wonderful keto gummies2024 keto gummies beware keto gummies shark tank new keto gummies reviewmulittea gummies ketoproton keto acv gummies reviews my honest opinion updated they won t tell you before getting itmulittea keto gummies reviewsproton keto acv gummies walmart weight loss scam oprah never endorsed proton keto acv gummiesnano slim keto gummies reviewsx10 boost keto acv gummies scam reviews no celebrities ever endorsed keto weight loss gummiesnano slim x keto acv gummies kim kardashianketo gummies shark tank be careful acv keto gummies shark tank shark tank keto acvnano slim x keto acv gummies reviewsshark tank s keto acv gummies alert shark tank acv shark tank keto acv gummies ingredientsnano slim x keto gummies kim kardashianketo acv gummies alert keto acv gummies reviews acv keto gummies do keto acv gummiesnanoslim keto gummies reviewsketosis acv gummies reviews be careful does ketosis acv gummies work ketosis acv keto gummiesnatural keto gummiesdr oz recommendation keto gummies for kelly clarkson weight lossnegative effects of keto gummiesunveiling kelly clarkson keto gummies weight loss secret galorenextgen pharma keto gummies reviewskelly clarkson weight loss scam alert keto acv gummies for weight loss and shark tank reviewsntx bhb keto gummieskelly clarkson weight loss gummies dr oz investigates side effect resolutionsntx keto and acv gummiesketo acv gummies reviews scam watch this keto gummies acv keto gummies to lose weight workntx keto bhb gummies official sitehow did kelly clarkson lose weightntx keto bhb salt gummieskelly clarkson weight loss secret diet kelly clarkson lose weight kelly clarkson weight loss 2024ntx keto gummies cnn newskelly clarkson secret sauce for accelerated keto weight loss what did kelly clarkson do to lose weightntx keto gummies official websitekelly clarkson journey to lose weight naturallyntx nutrition keto acv gummies reviewsketo acv gummies reviews scam or not watch this keto gummies acv keto gummies to lose weight worknucentix keto acv gummies reviewsthe truth about acv keto gummies do they really help you lose weightnucentix keto gummies shark tankwhat did kelly clarkson use for weight loss how did kelly clarkson lose so much weightnucentix keto gummy gummieskelly clarkson weight loss story dr oz analysis on ozempicnumber 1 keto gummiesdr oz on ozempic evaluating kelly clarkson weight lossnumber one keto gummiesdr oz and kelly clarkson discussing weight loss with ozempic and keto gummiesnutra haven keto acv gummieshow kelly clarkson lost weight weight loss journeynutrafaza keto gummieskelly clarkson weight loss regimen unveiled by dr oz the magic of ozempic and keto gummiesnutribolidos keto gummies reviewskelly clarkson and ozempic dr oz perspective on losing weightnutrocell keto acv gummies reviewsdr oz rapid weight loss plan warning dr oz weight loss dr oz weight loss pillsnuu3 keto gummies reviewskelly clarkson keto pills experience acv s role in weight loss successnxt nutrition keto gummieskelly clarkson weight loss boost power of acv and keto pillsofficial keto gummiesketo gummies acv two pillars of kelly clarkson weight lossoprah and keto fusion gummieskelly clarkson keto pill revelation acv s role in her weight lossoprah and royal keto gummieskelly clarkson keto pills and gummies sweet path to weight loss successoprah endorsed keto gummiesunlocking weight loss secrets kelly clarkson acv and keto pill experienceoprah f1 keto gummiesdr oz weight loss pills kelly clarkson keto gummies review and before and afteroprah keto apple cider gummiesKeto Gummies For Weight Loss Shark Tank Simpli Acv Ketooprah keto flo gummiesshark tank keto acv gummies scam reviews and customer support real and honestoprah keto gummies where to buyshark tank keto gummies alert keto gummies reviews kelly clarkson keto gummiesoprah lifetime keto acv gummiesshark tank keto gummies to quit smoking and cure copd deepfake scam ads are everywhere on facebookoprah lifetime keto gummiesketo acv gummies shocking truth keto gummies shark tank keto acv gummies keto crave reviewsoprah slim candy keto gummiesdr oz diet kelly clarkson approach to weight lossoprah true form keto gummiesthe real truth about kelly clarkson s extreme weight loss dietoprah ultimate keto gummieskelly clarkson diet dr oz s prescription for weight lossoprah winfrey simpli acv keto gummieskelly clarkson ozempic diet what dr oz says about her weight lossoprahs acv keto gummieskelly clarkson weight loss ozempic diet dr oz weighs in on her weight lossoprahs keto and acv gummiesexploring kelly clarkson weight loss diet dr oz discusses ozempic or keto gummiesopras keto gummieskelly clarkson weight loss secret diet exclusive before and after photosopti burner keto gummies reviewstransform your health with 3 pack slimx keto acv gummiesoptima keto acv gummiesslim labs acv keto gummies be careful does slim labs acv keto gummies work watch this reviewoptimal keto acv gummies customer service numberweight loss with apple cider vinegar slimsculpt keto acv gummies reviewoptimal keto acv gummies do they workketo acv gummies keto acv gummies the legit keto acv pure slim keto acv gummiesoptimal keto acv gummies side effectsignite keto gummies reviews does ignite keto gummies work ignite keto gummiesoptimal keto and acv gummies reviewsbiopure keto gummies reviews does biopure keto gummies work biopure acv keto gummiesoptimal keto gummies reviewessential keto gummies reviews weight loss be careful does essential keto gummies workoptimal keto plus acv gummies reviewshale and hearty keto gummies reviews new alert does hale and hearty keto gummies workoptimum keto and acv gummiessummer keto acv gummies reviews new alert does summer keto acv gummies work be carefuloptimum keto gummieskelly clarkson weight loss scam features keto gummies with fake reviews here s how it worksoptimum keto plus acv gummiesketo gummies reviews alert keto gummies for weight loss peoples ketooptiplex keto gummies amazonnew keto acv gummies beware acv keto gummies acv gummies review acv gummies reviewsoptiplex keto gummies redditdr oz keto gummies kelly clarkson strategies for losing weight effectivelyoptislim keto acv gummieskelly clarkson keto gummies dr oz negative reviews bad complaints side effectsorange county keto gummies canadaessential keto gummies review warning essential keto gummies side effectsorange county keto gummies reviewsuccess strategies kelly clarkson roadmap to effective weight loss in 2024orange county keto gummies reviewskelly clarkson weight loss keto gummies dr oz overview of side effect resolutionsoriginal keto acv gummieskelly clarkson weight loss gummies dr oz analyzes side effects and solutionsover the counter keto gummiesdr oz verdict on kelly clarkson weight loss gummies side effect solutions exploredperma health keto gummieskelly clarkson keto gummies dr oz verdict on their effectiveness for weight lossperma health keto gummies canadabest keto gummies for effective weight loss 2023 keto dietpower keto gummies ingredientskelly clarksons 2023 keto gummies weight loss truthpower keto gummies oprahketo gummies shark tank 2024 best keto gummies from shark tank showpower keto gummies pioneer womanketo acv gummies reviews scam watch this keto gummies what s the best keto acv gummiespower keto gummies reviewketo gummies review beware keto bhb gummies reviews keto apple cider vinegarpower keto gummies shark tankweight loss exposing apple cider gummies kelly clarkson s truthpremium blast acv keto gummiesgood keto gummies reviews scam exposed or legit goodketo acv bhb gummy formulapremium blast keto acv gummies 340 mgketo gummy kelly clarkson fun and effective keto weight losspremium blast keto acv gummies ingredientsgood keto acv gummies good keto gummies us reviews official 100 safe does it really work or notpremium blast keto gummies shark tank