Концепцията за интегрирана оптика е предложена от д-р Милър от Bell Laboratories през 1969 г. Интегрираната оптика е нова област, която изучава и разработва оптични устройства и хибридни оптични електронни устройства, използвайки интегрирани методи, базирани на оптоелектроника и микроелектроника. Теоретичната основа на интегрираната оптика е оптиката и оптоелектрониката, включващи вълнова оптика и информационна оптика, нелинейна оптика, полупроводникова оптоелектроника, кристална оптика, тънкослойна оптика, оптика с насочени вълни, теория на свързаните модове и параметрично взаимодействие, тънкослойни оптични вълноводни устройства и системи. Технологичната основа е главно тънкослойната технология и микроелектронната технология. Областта на приложение на интегрираната оптика е много широка, като в допълнение към оптичната комуникация, технологията за оптично влакнесто сензорно наблюдение, обработката на оптична информация, оптичните компютри и оптичното съхранение, съществуват и други области, като например изследвания в материалознанието, оптични инструменти, спектрални изследвания.
Първо, предимства на интегрираната оптика
1. Сравнение със системи от дискретни оптични устройства
Дискретното 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 1 м², а дебелината на лъча е около 1 см. В допълнение към големия си размер, сглобяването и настройката са и по-трудни. Интегрираната оптична система има следните предимства:
1. Светлинните вълни се разпространяват в оптични вълноводи, а светлинните вълни са лесни за контролиране и поддържат енергията си.
2. Интеграцията осигурява стабилно позициониране. Както бе споменато по-горе, интегрираната оптика предполага изработката на няколко устройства върху един и същ субстрат, така че няма проблеми със сглобяването, които имат дискретните оптики, така че комбинацията може да бъде стабилна и по-адаптивна 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 в малко локално пространство, което води до висока плътност на оптичната мощност, която лесно позволява достигане на необходимите прагове на работа на устройството и работа с нелинейни оптични ефекти.
5. интегрираната оптика обикновено е интегрирана върху субстрат с мащаб с сантиметри, който е малък по размер и лек по тегло.
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 интегрирана оптична система (интегрирана оптична схема); другият е свързан с оптичното влакно и диелектричния плосък оптичен вълновод, които насочват светлинната вълна, вместо проводник или коаксиален кабел за предаване на сигнала.
В интегрирания оптичен път оптичните елементи са оформени върху подложка и са свързани чрез оптични вълноводи, оформени вътре или върху повърхността на подложката. Интегрираният оптичен път, който интегрира оптични елементи върху една и съща подложка под формата на тънък филм, е важен начин за решаване на проблема с 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, малки загуби от свързване, малък размер, леко тегло, ниска консумация на енергия, добра икономичност при подготовката на партидите и висока надеждност. Поради различните взаимодействия между светлината и материята, 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. в състава на интегрирания оптичен път.
2. Изследване и приложение на интегрираната оптика
Интегрираната оптика се използва широко в различни области като промишлеността, 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 и голям капацитет оптични комуникационни мрежи, включително високоскоростен интегриран лазерен източник, мултиплексор с плътно разделяне на дължината на вълната с решетъчна матрица от вълноводни решетки, интегриран фотодетектор с теснолентов отговор, преобразувател на дължина на вълната за маршрутизиране, бързодействаща оптична комутационна матрица, разделител на лъчи с ниски загуби и т.н.
2. Фотонен компютър
Така нареченият фотонен компютър е компютър, който използва светлината като преносна среда за информация. Фотоните са бозони, които нямат електрически заряд, а светлинните лъчи могат да преминават успоредно или да се пресичат, без да се влияят един на друг, което им дава вродена способност за голяма паралелна обработка. Фотонният компютър има и предимствата на голям капацитет за съхранение на информация, силна устойчивост на смущения, ниски изисквания към условията на околната среда и висока отказоустойчивост. Най-основните функционални компоненти на фотонните компютри са интегрирани оптични превключватели и интегрирани оптични логически компоненти.
3. Други приложения, като например процесор за оптична информация, оптичен сензор, сензор с оптична решетка, оптичен жироскоп и др.
Време на публикуване: 28 юни 2023 г.