Koncept integrované optiky byl předložen Dr. Millerem z Bell Laboratories v roce 1969. Integrovaná optika je nový předmět, který studuje a vyvíjí optická zařízení a hybridní optické systémy elektronických zařízení pomocí integrovaných metod na bázi optoelektroniky a mikroelektroniky. Teoretickým základem integrované optiky je optika a optoelektronika, zahrnující vlnovou optiku a informační optiku, nelineární optiku, polovodičovou optoelektroniku, krystalovou optiku, tenkovrstvou optiku, optiku s řízenou vlnou, teorii vázaných vidů a parametrické interakce, tenkovrstvá optická vlnovodná zařízení a systémy. Technologický základ tvoří především technologie tenkých vrstev a technologie mikroelektroniky. Aplikační oblast integrované optiky je velmi široká, kromě komunikace s optickými vlákny, technologie snímání optických vláken, zpracování optických informací, optického počítače a optického úložiště existují další obory, jako je materiálový výzkum, optické přístroje, spektrální výzkum.
Za prvé, integrované optické výhody
1. Srovnání se systémy diskrétních optických zařízení
Diskrétní optické zařízení je typ optického zařízení upevněného na velké platformě nebo optické základně za účelem vytvoření optického systému. Velikost systému je řádově 1m2 a tloušťka nosníku je cca 1cm. Kromě jeho velkých rozměrů je složitější i montáž a seřízení. Integrovaný optický systém má následující výhody:
1. Světelné vlny se šíří v optických vlnovodech a světelné vlny lze snadno ovládat a udržovat jejich energii.
2. Integrace přináší stabilní polohování. Jak bylo uvedeno výše, integrovaná optika očekává, že bude vyrábět několik zařízení na stejném substrátu, takže neexistují žádné problémy s montáží, které mají diskrétní optiky, takže kombinace může být stabilní, takže je také lépe přizpůsobitelná faktorům prostředí, jako jsou vibrace a teplota. .
(3) Velikost zařízení a délka interakce jsou zkráceny; Přidružená elektronika také pracuje s nižším napětím.
4. Vysoká hustota výkonu. Světlo přenášené podél vlnovodu je omezeno na malý lokální prostor, což má za následek vysokou hustotu optického výkonu, která umožňuje snadno dosáhnout potřebných provozních prahů zařízení a pracovat s nelineárními optickými efekty.
5. Integrovaná optika je obecně integrována na substrátu o velikosti centimetrů, který má malé rozměry a nízkou hmotnost.
2. Porovnání s integrovanými obvody
Výhody optické integrace lze rozdělit do dvou hledisek, jedním je nahrazení integrovaného elektronického systému (integrovaného obvodu) integrovaným optickým systémem (integrovaný optický obvod); Druhý souvisí s optickým vláknem a optickým vlnovodem v dielektrické rovině, které vedou světelnou vlnu místo drátu nebo koaxiálního kabelu pro přenos signálu.
V integrované optické dráze jsou optické prvky vytvořeny na waferovém substrátu a spojeny optickými vlnovody vytvořenými uvnitř nebo na povrchu substrátu. Integrovaná optická dráha, která integruje optické prvky na stejném substrátu ve formě tenkého filmu, je důležitým způsobem, jak vyřešit miniaturizaci původního optického systému a zlepšit celkový výkon. Integrované zařízení má výhody malých rozměrů, stabilního a spolehlivého výkonu, vysoké účinnosti, nízké spotřeby energie a snadného použití.
Obecně platí, že výhody nahrazení integrovaných obvodů integrovanými optickými obvody zahrnují větší šířku pásma, multiplexování s dělením vlnových délek, multiplexní přepínání, malé vazební ztráty, malé rozměry, nízkou hmotnost, nízkou spotřebu energie, dobrou ekonomiku přípravy dávek a vysokou spolehlivost. Díky různým interakcím mezi světlem a hmotou lze nové funkce zařízení realizovat také pomocí různých fyzikálních efektů, jako je fotoelektrický efekt, elektrooptický efekt, akustickooptický efekt, magnetooptický efekt, termooptický efekt atd. složení integrované optické dráhy.
2. Výzkum a aplikace integrované optiky
Integrovaná optika je široce používána 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, vlnovodového mřížkového pole s hustou vlnovou délkou, integrovaného fotodetektoru s úzkopásmovou odezvou, směrovacího převodníku vlnové délky, matice optického přepínání s rychlou odezvou, nízkoztrátový rozdělovač paprsku vlnovodu s více přístupem a tak dále.
2. Fotonický počítač
Takzvaný fotonový počítač je počítač, který využívá světlo jako médium přenosu informací. Fotony jsou bosony, které nemají žádný elektrický náboj a světelné paprsky mohou procházet paralelně nebo se křížit, 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 poruchám. Nejzákladnější funkční komponenty fotonických počítačů jsou integrované optické přepínače a integrované optické logické komponenty.
3. Další aplikace, jako je optický informační procesor, optický senzor, senzor s vláknovou mřížkou, optický gyroskop atd.
Čas odeslání: 28. června 2023