يتم ترسيب TPA-QCN عبر التبخير الفراغي لتكوين طبقة من الجزيئات التي تتبنى تلقائيًا الاتجاه المفضل. تزودها هذه المحاذاة باستجابة بصرية غير خطية من الدرجة الثانية، مما يعني أن أشعة الضوء يمكن أن تتفاعل أثناء المرور عبرها.
يقول كينا-كوهين، أستاذ الفيزياء الهندسية، وكذلك كرسي أبحاث كندا في الضوء-مادة الضوئيات، "لقد ألهمنا العمل الجميل الذي تم إنجازه في مجال مختلف تمامًا-الثنائيات العضوية الباعثة للضوء (OLED) لشاشات العرض". "أدرك الباحثون أن فئات معينة من الجزيئات تصطف تلقائيًا أثناء التصنيع. وفي حالتهم، يؤدي هذا إلى تراكم الجهد الكهربي الذي يضر عادةً بأداء الجهاز. وكان تراكم الجهد هذا، الذي يتطلب توجيه الجزيئات القطبية على طول اتجاه تفضيلي، أول علامة على أننا يجب أن نكون قادرين على استخدام مواد مماثلة للبصريات غير الخطية. "
ثانيًا-اطلب الأجهزة الضوئية غير الخطية مسبقًا
يعتبر السيليكون المنصة المهيمنة للضوئيات المتكاملة اليوم، لكنه ليس جيدًا لتصنيع المغيرات ومكبرات الصوت. "أحد المكونات التي يفتقر إليها السيليكون لصنع وحدات تعديل جيدة هو تأثير Pockels، الذي يسمح للمجال الكهربائي المباشر-بالتفاعل مع المجال الكهربائي عند الترددات الضوئية-وهو مثال جيد للتأثير البصري غير الخطي-من الدرجة الثانية،" يوضح كينا-كوهين. "تعتمد المضخمات والمذبذبات البارامترية على اللاخطيات من الدرجة الثانية. بالنسبة لهذه الأنواع من التأثيرات، يحتاج المهندسون إلى استخدام مواد أخرى مثل نيوبات الليثيوم إما كمكونات مستقلة أو الخضوع لعملية معقدة لدمج الاثنين."
هناك مفهوم آخر يتضمنه تصميم المكونات الضوئية غير الخطية من الدرجة الثانية-وهو متطلبات مطابقة الطور-التي يجب أن تتوافق معها سرعة الطور لموجات الضوء المتفاعلة لتجنب تأثيرات التداخل المدمرة. "لسوء الحظ، فإن حقيقة أن جميع المواد لها تشتت تلقائيًا تمنع ذلك، لذا يجب استخدام حيل ذكية لمطابقة الطور. في نيوبات الليثيوم، يتمثل النهج الشائع في استخدام الأقطاب الكهربائية على طول اتجاه الانتشار لقلب اتجاه المجال -المعروف أيضًا باسم استقطاب المجال الكهربائي."
المزايا: يتم إيداعها على-الرقاقة مباشرة، وهي ذات انكسار مزدوج
يجلب نهج الفريق ميزتين رئيسيتين. "أولاً، يمكن ترسيب الأغشية الرقيقة العضوية مباشرة على أي شريحة باستخدام عمليات التصنيع الجافة القياسية-دون القلق بشأن مطابقة الشبكة أو نقلها،" كما تقول كينا-كوهين.
ثانيًا، تُظهر أفلامهم انكسارًا مزدوجًا قويًا للغاية مقارنةً بمعظم المواد الضوئية الشائعة. يقول: "هذا الانكسار المزدوج قوي جدًا لدرجة أنه يسمح لنا بالمطابقة المرحلية "مجانًا" إذا استخدمنا التفاعلات بين أنماط الاستقطاب المختلفة، لأن الاستقطابات المختلفة ستشهد مؤشرات انكسار مختلفة". "هذا يعني أنه يمكننا تصميم أجهزة فعالة للغاية، دون الحاجة إلى أقطاب كهربائية للاستقطاب أو الاضطرار إلى استخدام بنيات أكثر تعقيدًا."
لقد استخدموا طريقتهم لتوضيح أبسط مثال لعملية -غير خطية من الدرجة الثانية: التوليد التوافقي الثاني-، المعروف أيضًا باسم مضاعفة التردد. للقيام بذلك، قام الباحثون بتصنيع دليل موجي يحول ضوء الاتصالات الموجية -المتواصل إلى ضوء مرئي (انظر الشكل أدناه).
هناك مفهوم آخر يتضمنه تصميم المكونات الضوئية غير الخطية من الدرجة الثانية-وهو متطلبات مطابقة الطور-التي يجب أن تتوافق معها سرعة الطور لموجات الضوء المتفاعلة لتجنب تأثيرات التداخل المدمرة. "لسوء الحظ، فإن حقيقة أن جميع المواد لها تشتت تلقائيًا تمنع ذلك، لذا يجب استخدام حيل ذكية لمطابقة الطور. في نيوبات الليثيوم، يتمثل النهج الشائع في استخدام الأقطاب الكهربائية على طول اتجاه الانتشار لقلب اتجاه المجال -المعروف أيضًا باسم استقطاب المجال الكهربائي."
المزايا: يتم إيداعها على-الرقاقة مباشرة، وهي ذات انكسار مزدوج
يجلب نهج الفريق ميزتين رئيسيتين. "أولاً، يمكن ترسيب الأغشية الرقيقة العضوية مباشرة على أي شريحة باستخدام عمليات التصنيع الجافة القياسية-دون القلق بشأن مطابقة الشبكة أو نقلها،" كما تقول كينا-كوهين.
ثانيًا، تُظهر أفلامهم انكسارًا مزدوجًا قويًا للغاية مقارنةً بمعظم المواد الضوئية الشائعة. يقول: "هذا الانكسار المزدوج قوي جدًا لدرجة أنه يسمح لنا بالمطابقة المرحلية "مجانًا" إذا استخدمنا التفاعلات بين أنماط الاستقطاب المختلفة، لأن الاستقطابات المختلفة ستشهد مؤشرات انكسار مختلفة". "هذا يعني أنه يمكننا تصميم أجهزة فعالة للغاية، دون الحاجة إلى أقطاب كهربائية للاستقطاب أو الاضطرار إلى استخدام بنيات أكثر تعقيدًا."
لقد استخدموا طريقتهم لتوضيح أبسط مثال لعملية -غير خطية من الدرجة الثانية: التوليد التوافقي الثاني-، المعروف أيضًا باسم مضاعفة التردد. للقيام بذلك، قام الباحثون بتصنيع دليل موجي يحول ضوء الاتصالات الموجية -المتواصل إلى ضوء مرئي (انظر الشكل أدناه).
