Концепція інтегрованої оптики була висунута доктором Міллером з Bell Laboratories у 1969 році. Інтегрована оптика є новим предметом, який вивчає та розробляє оптичні пристрої та гібридні оптичні електронні системи з використанням інтегрованих методів на основі оптоелектроніки та мікроелектроніки. Теоретичною основою інтегральної оптики є оптика та оптоелектроніка, що включає хвильову оптику та інформаційну оптику, нелінійну оптику, напівпровідникову оптоелектроніку, кристалооптику, оптику тонких плівок, оптику спрямованих хвиль, теорію зв’язаних мод та параметричну взаємодію, тонкоплівкові оптичні хвилевідні пристрої та системи. Технологічною основою є в основному тонкоплівкова техніка та технологія мікроелектроніки. Сфера застосування інтегрованої оптики дуже широка, окрім волоконно-оптичних комунікацій, оптичних волоконно-чутливих технологій, обробки оптичної інформації, оптичного комп’ютера та оптичного зберігання даних, існують інші галузі, такі як матеріалознавчі дослідження, оптичні прилади, спектральні дослідження.
По-перше, інтегровані оптичні переваги
1. Порівняння з системами дискретних оптичних пристроїв
Дискретний оптичний пристрій — це тип оптичного пристрою, закріпленого на великій платформі або оптичній основі для формування оптичної системи. Розмір системи становить близько 1м2, а товщина бруса близько 1см. На додаток до великих розмірів, збірка та регулювання також складніші. Інтегрована оптична система має такі переваги:
1. Світлові хвилі поширюються в оптичних хвилеводах, світловими хвилями легко керувати та підтримувати їх енергію.
2. Інтеграція забезпечує стабільне позиціонування. Як згадувалося вище, інтегрована оптика передбачає створення кількох пристроїв на одній підкладці, тому немає проблем із збиранням, які мають дискретна оптика, так що комбінація може бути стабільною, щоб вона також була більш адаптованою до факторів навколишнього середовища, таких як вібрація та температура .
(3) Розмір пристрою та тривалість взаємодії скорочуються; Пов'язана електроніка також працює при нижчій напрузі.
4. Висока питома потужність. Світло, що передається вздовж хвилеводу, обмежене невеликим локальним простором, що призводить до високої щільності оптичної потужності, що дозволяє легко досягти необхідних робочих порогів пристрою та працювати з нелінійними оптичними ефектами.
5. Інтегрована оптика, як правило, інтегрована на підкладку сантиметрового масштабу, яка має невеликий розмір і легку вагу.
2. Порівняння з інтегральними мікросхемами
Переваги оптичної інтеграції можна розділити на два аспекти: один полягає в заміні інтегрованої електронної системи (інтегральної схеми) інтегрованою оптичною системою (інтегральною оптичною схемою); Інший пов’язаний з оптичним волокном і діелектричним хвилеводом, який направляє світлову хвилю замість дроту або коаксіального кабелю для передачі сигналу.
В інтегрованому оптичному тракті оптичні елементи сформовані на пластинчастій підкладці та з’єднані оптичними хвилеводами, сформованими всередині або на поверхні підкладки. Інтегрований оптичний шлях, який інтегрує оптичні елементи на одній підкладці у формі 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 легке використання.
Загалом переваги заміни інтегральних схем інтегральними оптичними схемами включають збільшену пропускну здатність, мультиплексування за довжиною хвилі, мультиплексне перемикання, невеликі втрати зв’язку, малий розмір, невелику вагу, низьке енергоспоживання, хорошу економічність підготовки пакетів і високу надійність. Завдяки різним взаємодіям між світлом і речовиною нові функції пристрою також можуть бути реалізовані за допомогою різних фізичних ефектів, таких як фотоелектричний ефект, електрооптичний ефект, акустооптичний ефект, магнітооптичний ефект, термооптичний ефект тощо. склад інтегрального оптичного тракту.
2. Дослідження та застосування інтегральної оптики
Інтегрована оптика широко використовується в різних сферах, таких як промисловість, військова та економіка, але в основному вона використовується в таких аспектах:
1. Комунікаційні та оптичні мережі
Оптичні інтегровані пристрої є ключовим апаратним забезпеченням для реалізації високошвидкісних оптичних комунікаційних мереж великої ємності, включаючи високошвидкісне інтегроване лазерне джерело, хвилеводну решітку з щільним розподілом довжин хвиль, мультиплексор з вузькосмуговим відгуком, інтегрований фотодетектор, маршрутизуючий перетворювач довжини хвилі, оптичну комутаційну матрицю зі швидким відгуком, хвилеводний розгалужувач з низькими втратами множинного доступу тощо.
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, і світлові промені можуть проходити паралельно або перетинатися, не впливаючи один на одного, що має вроджену здатність до великої паралельної обробки. Фотонний комп’ютер також має такі переваги, як велика ємність для зберігання інформації, потужна здатність протидіяти перешкодам, низькі вимоги до умов навколишнього середовища та висока відмовостійкість. Основними функціональними компонентами фотонних комп’ютерів є інтегровані оптичні перемикачі та інтегровані оптичні логічні компоненти.
3. Інші програми, такі як оптичний інформаційний процесор, волоконно-оптичний датчик, волоконно-оптичний датчик, волоконно-оптичний гіроскоп тощо.
Час публікації: 28 червня 2023 р