Konseptet med integrert optikk ble fremmet av Dr. Miller fra Bell Laboratories i 1969. Integrert optikk er et nytt fagområde som studerer og utvikler optiske enheter og hybride optiske elektroniske enhetssystemer ved hjelp av integrerte metoder basert på optoelektronikk og mikroelektronikk. Det teoretiske grunnlaget for integrert optikk er optikk og optoelektronikk, som involverer bølgeoptikk og informasjonsoptikk, ikke-lineær optikk, halvlederoptoelektronikk, krystalloptikk, tynnfilmoptikk, guidet bølgeoptikk, koplet modus og parametrisk interaksjonsteori, tynnfilmoptiske bølgelederenheter og -systemer. Det teknologiske grunnlaget er hovedsakelig tynnfilmteknologi og mikroelektronikkteknologi. Anvendelsesfeltet for integrert optikk er svært bredt, i tillegg til optisk fiberkommunikasjon, optisk fibersensorteknologi, optisk informasjonsbehandling, optisk datamaskin og optisk lagring, finnes det andre felt, som materialvitenskapelig forskning, optiske instrumenter og spektralforskning.
For det første, integrerte optiske fordeler
1. Sammenligning med diskrete optiske enhetssystemer
En diskret optisk enhet er en type optisk enhet som er festet på en stor plattform eller optisk base for å danne et optisk system. Størrelsen på systemet er i størrelsesorden 1 m², og tykkelsen på strålen er omtrent 1 cm. I tillegg til den store størrelsen er montering og justering også vanskeligere. Det integrerte optiske systemet har følgende fordeler:
1. Lysbølger forplanter seg i optiske bølgeledere, og lysbølger er enkle å kontrollere og opprettholde energien sin.
2. Integrering gir stabil posisjonering. Som nevnt ovenfor, forventes det innen integrert optikk å lage flere enheter på samme substrat, slik at det ikke er noen monteringsproblemer som diskret optikk har, slik at kombinasjonen kan være stabil, slik at den også er bedre tilpasningsdyktig til miljøfaktorer som vibrasjon og temperatur.
(3) Enhetens størrelse og interaksjonslengde forkortes; Den tilhørende elektronikken opererer også ved lavere spenninger.
4. Høy effekttetthet. Lyset som overføres langs bølgelederen er begrenset til et lite lokalt område, noe som resulterer i en høy optisk effekttetthet, som gjør det enkelt å nå de nødvendige driftsterskelverdiene for enheten og arbeide med ikke-lineære optiske effekter.
5. Integrert optikk er vanligvis integrert på et centimeterstort substrat, som er lite i størrelse og lett i vekt.
2. Sammenligning med integrerte kretser
Fordelene med optisk integrasjon kan deles inn i to aspekter: den ene er å erstatte det integrerte elektroniske systemet (integrert krets) med det integrerte optiske systemet (integrert optisk krets); den andre er relatert til den optiske fiberen og det dielektriske planets optiske bølgeleder som leder lysbølgen i stedet for ledninger eller koaksialkabel for å overføre signalet.
I en integrert optisk bane er de optiske elementene dannet på et wafersubstrat og koblet sammen av optiske bølgeledere dannet inni eller på overflaten av substratet. Den integrerte optiske banen, som integrerer optiske elementer på samme substrat i form av tynn film, er en viktig måte å løse miniatyriseringen av det originale optiske systemet og forbedre den generelle ytelsen. Den integrerte enheten har fordelene med liten størrelse, stabil og pålitelig ytelse, høy effektivitet, lavt strømforbruk og enkel bruk.
Generelt sett inkluderer fordelene ved å erstatte integrerte kretser med integrerte optiske kretser økt båndbredde, bølgelengdedelingsmultipleksing, multipleksbryting, lite koblingstap, liten størrelse, lett vekt, lavt strømforbruk, god batchforberedelsesøkonomi og høy pålitelighet. På grunn av de ulike interaksjonene mellom lys og materie, kan nye enhetsfunksjoner også realiseres ved å bruke ulike fysiske effekter som fotoelektrisk effekt, elektrooptisk effekt, akustooptisk effekt, magnetooptisk effekt, termooptisk effekt og så videre i sammensetningen av den integrerte optiske banen.
2. Forskning og anvendelse av integrert optikk
Integrert optikk er mye brukt innen ulike felt som industri, militær og økonomi, men den brukes hovedsakelig i følgende aspekter:
1. Kommunikasjons- og optiske nettverk
Optiske integrerte enheter er nøkkelmaskinvaren for å realisere optiske kommunikasjonsnettverk med høy hastighet og stor kapasitet, inkludert integrert laserkilde med høy hastighetsrespons, bølgeledergittermatrise med tett bølgelengdedelingsmultiplekser, smalbåndsresponsintegrert fotodetektor, rutingbølgelengdeomformer, hurtigresponsoptisk svitsjematrise, lavtap-multiplekser for bølgelederstrålesplitter og så videre.
2. Fotonisk datamaskin
Den såkalte fotondatamaskinen er en datamaskin som bruker lys som overføringsmedium for informasjon. Fotoner er bosoner, som ikke har elektrisk ladning, og lysstråler kan passere parallelt eller krysse hverandre uten å påvirke hverandre, noe som har den iboende evnen til god parallell prosessering. Fotoniske datamaskiner har også fordelene med stor informasjonslagringskapasitet, sterk anti-interferensevne, lave krav til miljøforhold og sterk feiltoleranse. De mest grunnleggende funksjonelle komponentene i fotoniske datamaskiner er integrerte optiske brytere og integrerte optiske logikkkomponenter.
3. Andre bruksområder, som optisk informasjonsprosessor, fiberoptisk sensor, fibergittersensor, fiberoptisk gyroskop, etc.
Publisert: 28. juni 2023