Концепцію інтегральної оптики запропонував доктор Міллер з Bell Laboratories у 1969 році. Інтегральна оптика – це нова галузь, яка вивчає та розробляє оптичні пристрої та гібридні оптичні електронні системи з використанням інтегрованих методів на основі оптоелектроніки та мікроелектроніки. Теоретичною основою інтегрованої оптики є оптика та оптоелектроніка, що включає хвильову оптику та інформаційну оптику, нелінійну оптику, напівпровідникову оптоелектроніку, кристалооптику, тонкоплівкову оптику, оптику спрямованих хвиль, теорію взаємодії зв'язаних мод та параметричної взаємодії, тонкоплівкові оптичні хвилеводні пристрої та системи. Технологічною основою є переважно тонкоплівкова технологія та технологія мікроелектроніки. Галузь застосування інтегрованої оптики дуже широка, крім волоконно-оптичного зв'язку, технології волоконно-оптичного зондування, обробки оптичної інформації, оптичних комп'ютерів та оптичного зберігання, існують інші галузі, такі як дослідження в матеріалознавстві, оптичні прилади, спектральні дослідження.
По-перше, переваги інтегрованої оптики
1. Порівняння з дискретними оптичними системами пристроїв
Дискретний оптичний пристрій – це тип оптичного пристрою, закріпленого на великій платформі або оптичній основі для формування оптичної системи. Розмір системи становить близько 1 м², а товщина променя – близько 1 см. Окрім великих розмірів, складання та налаштування також є складнішими. Інтегрована оптична система має такі переваги:
1. Світлові хвилі поширюються в оптичних хвилеводах, а світлові хвилі легко контролювати та підтримувати їхню енергію.
2. Інтеграція забезпечує стабільне позиціонування. Як згадувалося вище, інтегрована оптика передбачає створення кількох пристроїв на одній підкладці, тому немає проблем зі складанням, які виникають у дискретній оптиці, завдяки чому комбінація може бути стабільною, а також краще адаптованою до факторів навколишнього середовища, таких як вібрація та температура.
(3) Розмір пристрою та довжина взаємодії скорочуються; Пов'язана з ним електроніка також працює при нижчих напругах.
4. Висока щільність потужності. Світло, що проходить вздовж хвилеводу, обмежене невеликим локальним простором, що призводить до високої оптичної щільності потужності, яка дозволяє легко досягти необхідних робочих порогів пристрою та працювати з нелінійними оптичними ефектами.
5. інтегрована оптика зазвичай інтегрована на підкладці сантиметрового масштабу, яка має невеликі розміри та легку вагу.
2. Порівняння з інтегральними схемами
Переваги оптичної інтеграції можна розділити на два аспекти: один полягає у заміні інтегрованої електронної системи (інтегральної схеми) інтегрованою оптичною системою (інтегральною оптичною схемою); інший пов'язаний з оптичним волокном та діелектричним плоским оптичним хвилеводом, які спрямовують світлову хвилю замість дроту чи коаксіального кабелю для передачі сигналу.
В інтегрованому оптичному шляху оптичні елементи сформовані на пластинчастій підкладці та з'єднані оптичними хвилеводами, сформованими всередині або на поверхні підкладки. Інтегрований оптичний шлях, який об'єднує оптичні елементи на одній підкладці у вигляді тонкої плівки, є важливим способом вирішення проблеми мініатюризації оригінальної оптичної системи та покращення загальної продуктивності. Інтегрований пристрій має такі переваги, як малий розмір, стабільна та надійна робота, висока ефективність, низьке енергоспоживання та простота використання.
Загалом, переваги заміни інтегральних схем інтегрованими оптичними схемами включають збільшення пропускної здатності, мультиплексування з поділом за довжиною хвилі, мультиплексне перемикання, малі втрати на зв'язок, малий розмір, легку вагу, низьке енергоспоживання, добру економічність підготовки партії та високу надійність. Завдяки різноманітним взаємодіям між світлом і речовиною, нові функції пристроїв також можуть бути реалізовані шляхом використання різних фізичних ефектів, таких як фотоелектричний ефект, електрооптичний ефект, акустооптичний ефект, магнітооптичний ефект, термооптичний ефект тощо, у складі інтегрованого оптичного тракту.
2. Дослідження та застосування інтегральної оптики
Інтегральна оптика широко використовується в різних галузях, таких як промисловість, військова справа та економіка, але в основному вона використовується в таких аспектах:
1. Мережі зв'язку та оптичні мережі
Оптичні інтегровані пристрої є ключовим обладнанням для реалізації високошвидкісних та великої ємності оптичних комунікаційних мереж, включаючи високошвидкісне інтегроване лазерне джерело, щільний мультиплексор з поділом довжин хвиль на основі хвилеводних ґраток, вузькосмуговий інтегрований фотодетектор, маршрутизуючий перетворювач довжин хвиль, швидкодіючу оптичну комутаційну матрицю, хвилеводний роздільник променя з низькими втратами та так далі.
2. Фотонний комп'ютер
Так званий фотонний комп'ютер — це комп'ютер, який використовує світло як середовище передачі інформації. Фотони — це бозони, які не мають електричного заряду, а світлові промені можуть проходити паралельно або перетинатися, не впливаючи один на одного, що забезпечує їм вроджену здатність до високої паралельної обробки. Фотонний комп'ютер також має такі переваги, як велика ємність для зберігання інформації, висока стійкість до перешкод, низькі вимоги до умов навколишнього середовища та висока відмовостійкість. Найосновнішими функціональними компонентами фотонних комп'ютерів є інтегровані оптичні перемикачі та інтегровані оптичні логічні компоненти.
3. Інші застосування, такі як оптичний інформаційний процесор, волоконно-оптичний датчик, датчик з волоконною ґраткою, волоконно-оптичний гіроскоп тощо.
Час публікації: 28 червня 2023 р.