Концепцията за интегрирана оптика е представена от д-р Милър от Bell Laboratories през 1969 г. Интегрираната оптика е нова тема, която изучава и разработва оптични устройства и хибридни оптични електронни устройства, използвайки интегрирани методи на базата на оптоелектроника и микроелектроника. Теоретичната основа на интегрираната оптика е оптиката и оптоелектрониката, включваща вълнова оптика и информационна оптика, нелинейна оптика, полупроводникова оптоелектроника, кристална оптика, тънкослойна оптика, оптика с насочени вълни, свързан режим и теория на параметричното взаимодействие, тънкослойни оптични вълноводни устройства и системи. Технологичната основа е основно тънкослойна технология и микроелектронна технология. Областта на приложение на интегрираната оптика е много широка, в допълнение към комуникацията с оптични влакна, технологията за отчитане на оптични влакна, оптичната обработка на информация, оптичния компютър и оптичното съхранение, има и други области, като изследване на материалите, оптични инструменти, спектрални изследвания.
Първо, интегрирани оптични предимства
1. Сравнение с дискретни оптични устройства
Дискретно оптично устройство е вид оптично устройство, фиксирано върху голяма платформа или оптична основа, за да образува оптична система. Размерът на системата е от порядъка на 1м2, а дебелината на гредата е около 1см. Освен големия му размер, монтажът и настройката са и по-трудни. Интегрираната оптична система има следните предимства:
1. Светлинните вълни се разпространяват в оптични вълноводи и светлинните вълни са лесни за контролиране и поддържане на тяхната енергия.
2. Интеграцията осигурява стабилно позициониране. Както бе споменато по-горе, интегрираната оптика очаква да направи няколко устройства на един и същ субстрат, така че няма проблеми при сглобяването, които има дискретната оптика, така че комбинацията да може да бъде стабилна, така че да е по-приспособима към фактори на околната среда като вибрации и температура .
(3) Размерът на устройството и дължината на взаимодействие са съкратени; Свързаната електроника също работи при по-ниски напрежения.
4. Висока плътност на мощността. Светлината, предавана по вълновода, е ограничена до малко локално пространство, което води до висока оптична плътност на мощността, която е лесна за достигане на необходимите работни прагове на устройството и работа с нелинейни оптични ефекти.
5. интегрираната оптика обикновено е интегрирана върху субстрат със сантиметров мащаб, който е малък по размер и лек.
2. Сравнение с интегрални схеми
Предимствата на оптичната интеграция могат да бъдат разделени на два аспекта, единият е да се замени интегрираната електронна система (интегрирана схема) с интегрираната оптична система (интегрирана оптична схема); Другият е свързан с оптичното влакно и оптичния вълновод с диелектрична равнина, които насочват светлинната вълна вместо проводник или коаксиален кабел за предаване на сигнала.
В интегриран оптичен път оптичните елементи са оформени върху подложка на пластина и са свързани чрез оптични вълноводи, оформени вътре или на повърхността на подложката. Интегрираният оптичен път, който интегрира оптични елементи върху един и същи субстрат под формата на тънък филм, е важен начин за решаване на миниатюризацията на оригиналната оптична система и подобряване на цялостната производителност. Интегрираното устройство има предимствата на малък размер, стабилна и надеждна работа, висока ефективност, ниска консумация на енергия и лесна употреба.
Като цяло, предимствата на замяната на интегрални схеми с интегрални оптични схеми включват увеличена честотна лента, мултиплексиране с разделяне на дължината на вълната, мултиплексно превключване, малка загуба на свързване, малък размер, леко тегло, ниска консумация на енергия, добра икономия на подготовка на партиди и висока надеждност. Поради различните взаимодействия между светлина и материя, нови функции на устройството могат да бъдат реализирани и чрез използване на различни физически ефекти като фотоелектричен ефект, електрооптичен ефект, акустооптичен ефект, магнитооптичен ефект, термооптичен ефект и т.н. състава на интегрирания оптичен път.
2. Изследване и приложение на интегрална оптика
Интегрираната оптика се използва широко в различни области като индустрията, военните и икономиката, но се използва главно в следните аспекти:
1. Комуникационни и оптични мрежи
Оптичните интегрирани устройства са ключовият хардуер за реализиране на високоскоростни оптични комуникационни мрежи с голям капацитет, включително интегриран лазерен източник с високоскоростен отговор, мултиплексор с плътно разделяне на дължината на вълната с вълноводна решетка, интегриран фотодетектор с теснолентов отговор, маршрутизиращ преобразувател на дължина на вълната, матрица за оптично превключване с бърза реакция, разделител на вълноводен лъч с многократен достъп с ниска загуба и т.н.
2. Фотонен компютър
Така нареченият фотонен компютър е компютър, който използва светлината като средство за предаване на информация. Фотоните са бозони, които нямат електрически заряд и светлинните лъчи могат да преминават успоредно или да се пресичат, без да се засягат един друг, което има вродената способност за голяма паралелна обработка. Фотонният компютър също така има предимствата на голям капацитет за съхранение на информация, силна способност против смущения, ниски изисквания за условията на околната среда и висока устойчивост на грешки. Най-основните функционални компоненти на фотонните компютри са интегрирани оптични превключватели и интегрирани оптични логически компоненти.
3. Други приложения, като оптичен информационен процесор, фиброоптичен сензор, фиброоптичен сензор, оптичен жироскоп и др.
Време на публикуване: 28 юни 2023 г