Konceptet integrerad optik lades fram av Dr. Miller från Bell Laboratories år 1969. Integrerad optik är ett nytt ämne som studerar och utvecklar optiska anordningar och hybrida optiska elektroniska anordningssystem med hjälp av integrerade metoder baserade på optoelektronik och mikroelektronik. Den teoretiska grunden för integrerad optik är optik och optoelektronik, som involverar vågoptik och informationsoptik, ickelinjär optik, halvledaroptoelektronik, kristalloptik, tunnfilmsoptik, styrd vågoptik, kopplad mod och parametrisk interaktionsteori, tunnfilmsoptiska vågledaranordningar och system. Den tekniska grunden är huvudsakligen tunnfilmsteknik och mikroelektronikteknik. Tillämpningsområdet för integrerad optik är mycket brett, förutom optisk fiberkommunikation, optisk fiberavkänningsteknik, optisk informationsbehandling, optisk dator och optisk lagring finns det andra områden, såsom materialvetenskaplig forskning, optiska instrument och spektralforskning.
Först, integrerade optiska fördelar
1. Jämförelse med diskreta optiska enhetssystem
En diskret optisk anordning är en typ av optisk anordning som är fäst på en stor plattform eller optisk bas för att bilda ett optiskt system. Systemets storlek är i storleksordningen 1 m² och strålens tjocklek är cirka 1 cm. Förutom dess stora storlek är montering och justering också svårare. Det integrerade optiska systemet har följande fördelar:
1. Ljusvågor utbreder sig i optiska vågledare, och ljusvågor är lätta att kontrollera och bibehålla sin energi.
2. Integration ger stabil positionering. Som nämnts ovan förväntas integrerad optik tillverka flera enheter på samma substrat, så det finns inga monteringsproblem som diskret optik har, vilket gör att kombinationen kan vara stabil och även mer anpassningsbar till miljöfaktorer som vibrationer och temperatur.
(3) Enhetens storlek och interaktionslängd förkortas; Den tillhörande elektroniken arbetar också vid lägre spänningar.
4. Hög effekttäthet. Ljuset som överförs längs vågledaren är begränsat till ett litet lokalt utrymme, vilket resulterar i en hög optisk effekttäthet, vilket gör det lätt att nå de nödvändiga drifttrösklarna för enheten och arbeta med ickelinjära optiska effekter.
5. Integrerad optik är vanligtvis integrerad på ett centimeterstort substrat, vilket är litet i storlek och lätt i vikt.
2. Jämförelse med integrerade kretsar
Fördelarna med optisk integration kan delas in i två aspekter, den ena är att ersätta det integrerade elektroniska systemet (integrerad krets) med det integrerade optiska systemet (integrerad optisk krets); den andra är relaterad till den optiska fibern och det dielektriska planets optiska vågledare som styr ljusvågen istället för tråd eller koaxialkabel för att överföra signalen.
I en integrerad optisk bana är de optiska elementen utformade på ett wafersubstrat och anslutna via optiska vågledare utformade inuti eller på ytan av substratet. Den integrerade optiska banan, som integrerar optiska element på samma substrat i form av tunn film, är ett viktigt sätt att lösa miniatyriseringen av det ursprungliga optiska systemet och förbättra den totala prestandan. Den integrerade enheten har fördelarna med liten storlek, stabil och pålitlig prestanda, hög effektivitet, låg strömförbrukning och enkel användning.
Generellt sett inkluderar fördelarna med att ersätta integrerade kretsar med integrerade optiska kretsar ökad bandbredd, våglängdsmultiplexering, multiplexväxling, liten kopplingsförlust, liten storlek, låg vikt, låg strömförbrukning, god batchförberedelseekonomi och hög tillförlitlighet. På grund av de olika interaktionerna mellan ljus och materia kan nya enhetsfunktioner också realiseras genom att använda olika fysiska effekter såsom fotoelektrisk effekt, elektrooptisk effekt, akustooptisk effekt, magnetooptisk effekt, termooptisk effekt och så vidare i sammansättningen av den integrerade optiska vägen.
2. Forskning och tillämpning av integrerad optik
Integrerad optik används ofta inom olika områden som industri, militär och ekonomi, men den används huvudsakligen inom följande områden:
1. Kommunikations- och optiska nätverk
Optiska integrerade enheter är den viktigaste hårdvaran för att realisera optiska kommunikationsnätverk med hög hastighet och stor kapacitet, inklusive integrerade laserkällor med hög hastighetsrespons, vågledargittermatris med tät våglängdsdelningsmultiplexor, integrerade fotodetektorer med smalbandsrespons, routingvåglängdsomvandlare, optiska omkopplingsmatriser med snabb respons, vågledarstråldelare med låg förlust och så vidare.
2. Fotonisk dator
Den så kallade fotondatorn är en dator som använder ljus som överföringsmedium för information. Fotoner är bosoner, som inte har någon elektrisk laddning, och ljusstrålar kan passera parallellt eller korsa varandra utan att påverka varandra, vilket har den medfödda förmågan till utmärkt parallell bearbetning. Fotoniska datorer har också fördelarna med stor informationslagringskapacitet, stark anti-interferensförmåga, låga krav på miljöförhållanden och stark feltolerans. De mest grundläggande funktionella komponenterna i fotoniska datorer är integrerade optiska omkopplare och integrerade optiska logikkomponenter.
3. Andra tillämpningar, såsom optisk informationsprocessor, fiberoptisk sensor, fibergittersensor, fiberoptiskt gyroskop, etc.
Publiceringstid: 28 juni 2023