Koncepcja zintegrowanej optyki została zaproponowana przez dr Millera z Bell Laboratories w 1969 roku. Zintegrowana optyka jest nowym przedmiotem, który bada i rozwija urządzenia optyczne i hybrydowe systemy urządzeń elektronicznych optycznych przy użyciu zintegrowanych metod na podstawie optoelektroniki i mikroelektroniki. Teoretyczną podstawą zintegrowanej optyki jest optyka i optoelektronika, obejmująca optykę falową i informacyjną, optykę nieliniową, optoelektronikę półprzewodnikową, optykę kryształową, optykę cienkowarstwową, optykę falowodową, sprzężoną teorię interakcji i parametryczną, cienkowarstwowe urządzenia i systemy światłowodowe. Podstawą technologiczną jest głównie technologia cienkowarstwowa i technologia mikroelektroniki. Obszar zastosowań zintegrowanej optyki jest bardzo szeroki, oprócz komunikacji światłowodowej, technologii czujników światłowodowych, przetwarzania informacji optycznych, komputerów optycznych i pamięci optycznej, istnieją inne obszary, takie jak badania materiałoznawcze, instrumenty optyczne, badania widmowe.
Po pierwsze, zintegrowane zalety optyczne
1. Porównanie z dyskretnymi systemami urządzeń optycznych
Dyskretne urządzenie optyczne to rodzaj urządzenia optycznego zamocowanego na dużej platformie lub bazie optycznej w celu utworzenia układu optycznego. Rozmiar układu wynosi około 1 m2, a grubość wiązki wynosi około 1 cm. Oprócz dużego rozmiaru, montaż i regulacja są również trudniejsze. Zintegrowany układ optyczny ma następujące zalety:
1. Fale świetlne rozchodzą się w światłowodach, a fale świetlne są łatwe do kontrolowania i utrzymywania ich energii.
2. Integracja zapewnia stabilne pozycjonowanie. Jak wspomniano powyżej, zintegrowana optyka zakłada wykonanie kilku urządzeń na tym samym podłożu, więc nie ma problemów z montażem, które występują w przypadku optyki dyskretnej, dzięki czemu połączenie może być stabilne, a także bardziej dostosowane do czynników środowiskowych, takich jak wibracje i temperatura.
(3) Rozmiar urządzenia i długość interakcji ulegają skróceniu. Powiązana elektronika działa również przy niższych napięciach.
4. Wysoka gęstość mocy. Światło przesyłane wzdłuż falowodu jest ograniczone do małej przestrzeni lokalnej, co skutkuje wysoką gęstością mocy optycznej, która łatwo osiąga niezbędne progi działania urządzenia i współpracuje z nieliniowymi efektami optycznymi.
5. Zintegrowana optyka jest zazwyczaj zintegrowana na podłożu o wielkości centymetra, które jest małe i lekkie.
2. Porównanie z układami scalonymi
Zalety integracji optycznej można podzielić na dwa aspekty. Pierwszym z nich jest zastąpienie zintegrowanego układu elektronicznego (układu scalonego) zintegrowanym układem optycznym (układu zintegrowanego optycznego); drugim aspektem jest wykorzystanie światłowodu i płaskiego falowodu dielektrycznego, który kieruje falę świetlną zamiast przewodu lub kabla koncentrycznego w celu przesłania sygnału.
W zintegrowanej ścieżce optycznej elementy optyczne są formowane na podłożu waflowym i połączone za pomocą światłowodów formowanych wewnątrz lub na powierzchni podłoża. Zintegrowana ścieżka optyczna, która integruje elementy optyczne na tym samym podłożu w postaci cienkiej warstwy, jest ważnym sposobem rozwiązania problemu miniaturyzacji oryginalnego układu optycznego i poprawy ogólnej wydajności. Zintegrowane urządzenie ma zalety małych rozmiarów, stabilnej i niezawodnej wydajności, wysokiej wydajności, niskiego zużycia energii i łatwości użytkowania.
Ogólnie rzecz biorąc, zalety zastępowania układów scalonych zintegrowanymi układami optycznymi obejmują zwiększoną szerokość pasma, multipleksowanie z podziałem długości fali, przełączanie multipleksowe, małą stratę sprzężenia, mały rozmiar, lekkość, niskie zużycie energii, dobrą ekonomię przygotowania partii i wysoką niezawodność. Ze względu na różne interakcje między światłem a materią, nowe funkcje urządzenia można również zrealizować, wykorzystując różne efekty fizyczne, takie jak efekt fotoelektryczny, efekt elektrooptyczny, efekt akustooptyczny, efekt magnetooptyczny, efekt termooptyczny itd. w składzie zintegrowanej ścieżki optycznej.
2. Badania i zastosowania optyki zintegrowanej
Zintegrowana optyka jest szeroko stosowana w różnych dziedzinach, takich jak przemysł, wojsko i gospodarka, ale głównie wykorzystuje się ją w następujących aspektach:
1. Sieci komunikacyjne i optyczne
Zintegrowane urządzenia optyczne stanowią kluczowy sprzęt do realizacji sieci komunikacji optycznej o dużej prędkości i przepustowości, w tym zintegrowane źródło laserowe o dużej szybkości reakcji, gęsty multiplekser z podziałem długości fali w układzie kratowym falowodu, zintegrowany fotodetektor o wąskopasmowej reakcji, konwerter długości fali routingu, szybka matryca przełączająca optyczna, niskostratny dzielnik wiązki falowodu o wielokrotnym dostępie i tak dalej.
2. Komputer fotoniczny
Tak zwany komputer fotonowy to komputer, który wykorzystuje światło jako medium transmisyjne informacji. Fotony to bozony, które nie mają ładunku elektrycznego, a wiązki światła mogą przechodzić równolegle lub krzyżować się bez wzajemnego oddziaływania, co ma wrodzoną zdolność do przetwarzania równoległego. Komputer fotonowy ma również zalety dużej pojemności pamięci masowej informacji, silnej zdolności przeciwzakłóceniowej, niskich wymagań dotyczących warunków środowiskowych i silnej tolerancji błędów. Najbardziej podstawowymi komponentami funkcjonalnymi komputerów fotonicznych są zintegrowane przełączniki optyczne i zintegrowane komponenty logiczne optyczne.
3. Inne zastosowania, takie jak procesor informacji optycznej, czujnik światłowodowy, czujnik kratowy światłowodowy, żyroskop światłowodowy itp.
Czas publikacji: 28-06-2023