معهد الليزر للدراسات العليا يناقش أطروحة دكتوراه حول تصميم محوِّلات للاستقطاب البصري ومفتاح معتمد على الغرافين باستخدام التعلم العميق لبروتوكولات توزيع المفاتيح الكمية.

نُوقشت في معهد الليزر للدراسات العليا – جامعة بغداد، بتاريخ 2/9/2026، أطروحة الدكتوراه المقدّمة من الطالب (حيدر سامي جاسم الدهوي)، والموسومة:

Design of Optical Polarization Converters and Graphen-Based Switch using Deep Learning for QKD Protocols

وذلك بإشراف الأستاذ المساعد الدكتورة (شيلان خسرو توفيق).

وتألفت لجنة المناقشة من رئاسة أ.د. عبد الهادي مطشر عبد، وعضوية كل من أ.د. سؤدد سلمان أحمد و أ.م.د. محمد ناظم عباس و أ.م.د. تحرير صفاء منصور و أ.م.د. فاطمة حامد رجب.

وتهدف الدراسة إلى تم تصميم وبناء وتحليل ثلاثة أجهزة بصرية من الأسطح الفائقة (Metasurfaces)، باستخدام طريقة العناصر المحددة وبرنامج المحاكاة (COMSOL Multiphysics) والتعلم العميق (DL)، وذلك لاستخدامها ضمن مُعدِّل استقطاب لأنظمة توزيع المفاتيح الكمية (QKD)، وهي: مستقطب محزز فائق، ومغيّر إستقطاب هجين على شكل حرف L، ومفتاح بصري قابل معتمد على الغرافين.

ومن خلال توظيف الشبكات العصبية العميقة والنموذج البديل (Surrogate Model) في برنامج COMSOL، أمكن تحسين نسبة الإخماد للمستقطب المحزز فائق السطح من 1800 إلى 60000 في نطاق الطول الموجي 632 نانومتر.

أما بالنسبة لمغيّر الاستقطاب على شكل حرف L، فقد أُجريت دراسات لتحسين قدرة البنية على تدوير الاستقطاب، وجعلها تعمل ضمن الطول الموجي المستهدف البالغ 890نانومتر، وهو طول موجي مستخدم عمليًا في القنوات الكمية عبر الأقمار الصناعية. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم ثلاثة تراكيب جديدة بهدف زيادة زاوية دوران استقطاب الضوء لضمان أمكانية الحصول على حالات الاستقطاب المطلوب في بروتوكولات QKD. وبمساعدة التعلم العميق، جرى تحسين الأبعاد الهندسية لكل بنية والحصول على حالات الاستقطاب الست المطلوبة، وهي: 0° و90° و45° و−45° والاستقطاب الدائري الأيسر (LCP) والاستقطاب الدائري الأيمن (RCP)، مع تحقيق خصائص أداء عالية للضوء الخارج من خلال المقاييس: زاوية الإستقطاب، درجة الإستقطاب، درجة الإستقطاب الخطي ودرجة الإستقطاب الدائري.

يمكن تجميع عدة تراكيب مقابلة لكل حالة استقطاب مطلوبة على منصة واحدة لتكوين مُعدِّل (Modulator) استقطاب خاص بأنظمة QKD.

ولتشغيل المُعدِّل، يستلزم وجود متحكم بصري قادر على تمرير الضوء في بنية محددة وحجبه في البنى الأخرى. ولهذا الغرض تم اختيار الغرافين، وهو مادة ذكية يمكن ضبط خصائصها كهربائيًا من خلال تطبيق جهد انحياز يغير موصليتها السطحية، لبناء ممتص ضوئي قابل للتعديل يعمل كمفتاح ضوئي، حيث تم اقتراح بنية سطح فائق جديد يتضمن حلقة معدنية لغرض تركيز المجال الكهربائي الرنيني ضمن نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، ويعتمد على نمط الإرسال الذي يعد شرطًا أساسيًا في المنظومة المقترحة. وأُجريت عملية التحسين بإستخدام التعلم العميق على البنية المقترحة، محققةً مجموع امتصاصية وانعكاسية عالية في حالة الحجب وإرسالية عالية في حالة التمرير.

ومن خلال دمج بنية الممتص الضوئي القابل للتعديل مع تراكيب مغيّر الاستقطاب المخصصة لحالات الاستقطاب المختلفة، أصبح بالإمكان التحكم كهربائيًا وبناء نظام متكامل يعمل كمُعدِّل للإستقطاب الخاص بتقنيات توزيع المفاتيح الكمية.

وقد تم قبول الأطروحة بتقدير جيد جداً، لكونها مستوفية لمتطلبات نيل شهادة الدكتوراه فلسفة في تطبيقات الليزر.