Koncept integrované optiky navrhl Dr. Miller z Bell Laboratories v roce 1969. Integrovaná optika je nový obor, který studuje a vyvíjí optická zařízení a hybridní optické elektronické systémy pomocí integrovaných metod založených na optoelektronice a mikroelektronice. Teoretickým základem integrované optiky je optika a optoelektronika, zahrnující vlnovou optiku a informační optiku, nelineární optiku, polovodičovou optoelektroniku, krystalovou optiku, optiku tenkých vrstev, optiku vedených vln, teorii vázaných módů a parametrické interakce, optické vlnovody a systémy s tenkými vrstvami. Technologickým základem je především technologie tenkých vrstev a mikroelektronika. Oblast použití integrované optiky je velmi široká a kromě optické komunikace, technologie snímání optických vláken, zpracování optických informací, optických počítačů a optického ukládání existují i další oblasti, jako je výzkum materiálových věd, optické přístroje a spektrální výzkum.
Zaprvé, výhody integrované optiky
1. Srovnání se systémy diskrétních optických zařízení
Diskrétní optické zařízení je typ optického zařízení upevněného na velké plošině nebo optické základně a tvořícího optický systém. Velikost systému je řádově 1 m² a tloušťka paprsku je asi 1 cm. Kromě velkých rozměrů je také obtížnější montáž a nastavení. Integrovaný optický systém má následující výhody:
1. Světelné vlny se šíří v optických vlnovodech a světelné vlny se snadno ovládají a udržují si svou energii.
2. Integrace přináší stabilní umístění. Jak již bylo zmíněno výše, integrovaná optika předpokládá výrobu několika zařízení na stejném substrátu, takže neexistují žádné problémy s montáží, které má diskrétní optika, takže kombinace může být stabilní a lépe se přizpůsobuje faktorům prostředí, jako jsou vibrace a teplota.
(3) Velikost zařízení a délka interakce jsou zkráceny; Související elektronika také pracuje při nižším napětí.
4. Vysoká hustota výkonu. Světlo procházející vlnovodem je omezeno na malý lokální prostor, což vede k vysoké optické hustotě výkonu, která umožňuje snadno dosáhnout potřebných provozních prahů zařízení a pracovat s nelineárními optickými jevy.
5. integrovaná optika je obvykle integrována na centimetrovém substrátu, který má malé rozměry a nízkou hmotnost.
2. Srovnání s integrovanými obvody
Výhody optické integrace lze rozdělit do dvou aspektů: jedním je nahrazení integrovaného elektronického systému (integrovaného obvodu) integrovaným optickým systémem (integrovaným optickým obvodem); druhým je použití optického vlákna a dielektrického rovinného optického vlnovodu, které vedou světelnou vlnu místo drátu nebo koaxiálního kabelu k přenosu signálu.
V integrované optické dráze jsou optické prvky vytvořeny na substrátu z destičky a propojeny optickými vlnovody vytvořenými uvnitř nebo na povrchu substrátu. Integrovaná optická dráha, která integruje optické prvky na stejném substrátu ve formě tenké vrstvy, je důležitým způsobem, jak vyřešit miniaturizaci původního optického systému a zlepšit celkový výkon. Integrované zařízení má výhody jako malá velikost, stabilní a spolehlivý výkon, vysoká účinnost, nízká spotřeba energie a snadné použití.
Mezi výhody nahrazení integrovaných obvodů integrovanými optickými obvody obecně patří zvýšená šířka pásma, multiplexování s vlnovým dělením, multiplexní přepínání, malé ztráty vazbou, malé rozměry, nízká hmotnost, nízká spotřeba energie, dobrá ekonomika přípravy dávek a vysoká spolehlivost. Vzhledem k různým interakcím mezi světlem a hmotou lze nové funkce zařízení realizovat také využitím různých fyzikálních efektů, jako je fotoelektrický jev, elektrooptický jev, akusticko-optický jev, magnetooptický jev, termooptický jev atd., ve složení integrované optické dráhy.
2. Výzkum a aplikace integrované optiky
Integrovaná optika se široce používá v různých oblastech, jako je průmysl, armáda a ekonomika, ale používá se hlavně v následujících aspektech:
1. Komunikační a optické sítě
Optická integrovaná zařízení jsou klíčovým hardwarem pro realizaci vysokorychlostních a velkokapacitních optických komunikačních sítí, včetně vysokorychlostního integrovaného laserového zdroje, multiplexoru s hustým vlnovým dělením a mřížkovým polem vlnovodů, integrovaného fotodetektoru s úzkopásmovou odezvou, směrovacího převodníku vlnových délek, rychlé optické přepínací matice, nízkoztrátového vlnovodového děliče paprsku s více přístupy a tak dále.
2. Fotonický počítač
Takzvaný fotonový počítač je počítač, který využívá světlo jako přenosové médium informací. Fotony jsou bosony, které nemají elektrický náboj, a světelné paprsky mohou procházet paralelně nebo křížit se, aniž by se navzájem ovlivňovaly, což má vrozenou schopnost velkého paralelního zpracování. Fotonický počítač má také výhody velké kapacity pro ukládání informací, silné odolnosti proti rušení, nízkých požadavků na podmínky prostředí a vysoké odolnosti proti chybám. Nejzákladnějšími funkčními komponentami fotonických počítačů jsou integrované optické spínače a integrované optické logické komponenty.
3. Další aplikace, jako například optický informační procesor, vláknový optický senzor, vláknový mřížkový senzor, vláknový optický gyroskop atd.
Čas zveřejnění: 28. června 2023