Integrētās optikas koncepciju 1969. gadā izvirzīja Dr. Millers no Bell Laboratories. Integrētā optika ir jauns zinātnes virziens, kas pēta un izstrādā optiskās ierīces un hibrīdas optisko elektronisko ierīču sistēmas, izmantojot integrētas metodes, kuru pamatā ir optoelektronika un mikroelektronika. Integrētās optikas teorētiskais pamats ir optika un optoelektronika, kas ietver viļņu optiku un informācijas optiku, nelineāro optiku, pusvadītāju optoelektroniku, kristāla optiku, plānplēves optiku, vadāmo viļņu optiku, savienotā režīma un parametriskās mijiedarbības teoriju, plānplēves optiskās viļņvadu ierīces un sistēmas. Tehnoloģiskais pamats galvenokārt ir plānplēves tehnoloģija un mikroelektronikas tehnoloģija. Integrētās optikas pielietojuma joma ir ļoti plaša, papildus optisko šķiedru sakariem, optisko šķiedru uztveršanas tehnoloģijai, optiskās informācijas apstrādei, optiskajiem datoriem un optiskajai glabāšanai ir arī citas jomas, piemēram, materiālzinātnes pētījumi, optiskie instrumenti, spektrālie pētījumi.
Pirmkārt, integrētās optiskās priekšrocības
1. Salīdzinājums ar diskrētām optisko ierīču sistēmām
Diskrēta optiskā ierīce ir optiskās ierīces veids, kas piestiprināta pie lielas platformas vai optiskās pamatnes, lai izveidotu optisko sistēmu. Sistēmas izmērs ir aptuveni 1 m2, un stara biezums ir aptuveni 1 cm. Papildus lielajam izmēram, montāža un regulēšana ir arī sarežģītāka. Integrētai optiskajai sistēmai ir šādas priekšrocības:
1. Gaismas viļņi izplatās optiskajos viļņvados, un gaismas viļņus ir viegli kontrolēt un uzturēt to enerģiju.
2. Integrācija nodrošina stabilu pozicionēšanu. Kā minēts iepriekš, integrētā optika paredz izveidot vairākas ierīces uz viena substrāta, tāpēc nav montāžas problēmu, kas rodas diskrētajai optikai, tāpēc kombinācija var būt stabila un tādējādi labāk pielāgojama tādiem vides faktoriem kā vibrācija un temperatūra.
(3) Ierīces izmērs un mijiedarbības garums ir samazināts; Arī saistītā elektronika darbojas ar zemāku spriegumu.
4. Augsts jaudas blīvums. Gaisma, kas tiek pārraidīta pa viļņvadu, ir ierobežota nelielā lokālā telpā, kā rezultātā tiek panākts augsts optiskās jaudas blīvums, kas ļauj viegli sasniegt nepieciešamos ierīces darbības sliekšņus un strādāt ar nelineāriem optiskajiem efektiem.
5. Integrētā optika parasti tiek integrēta uz centimetru mēroga substrāta, kas ir mazs izmērs un viegls svars.
2. Salīdzinājums ar integrētajām shēmām
Optiskās integrācijas priekšrocības var iedalīt divos aspektos: viens ir integrētās elektroniskās sistēmas (integrētās shēmas) aizstāšana ar integrēto optisko sistēmu (integrēto optisko shēmu); otrs ir saistīts ar optisko šķiedru un dielektrisko plaknes optisko viļņvadu, kas vada gaismas vilni, nevis vadu vai koaksiālo kabeli signāla pārraidīšanai.
Integrētā optiskā ceļā optiskie elementi ir izveidoti uz vafeļu substrāta un savienoti ar optiskajiem viļņvadiem, kas izveidoti substrāta iekšpusē vai uz tā virsmas. Integrētais optiskais ceļš, kas integrē optiskos elementus uz viena substrāta plānas plēves veidā, ir svarīgs veids, kā atrisināt sākotnējās optiskās sistēmas miniaturizācijas problēmu un uzlabot kopējo veiktspēju. Integrētajai ierīcei ir maza izmēra, stabilas un uzticamas veiktspējas, augstas efektivitātes, zema enerģijas patēriņa un vienkāršas lietošanas priekšrocības.
Kopumā integrēto shēmu aizstāšanas ar integrētajām optiskajām shēmām priekšrocības ietver palielinātu joslas platumu, viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanu, multipleksu komutāciju, mazus savienojuma zudumus, mazu izmēru, vieglu svaru, zemu enerģijas patēriņu, labu partijas sagatavošanas ekonomiju un augstu uzticamību. Pateicoties dažādajām gaismas un matērijas mijiedarbībām, jaunas ierīču funkcijas var realizēt arī, izmantojot dažādus fizikālus efektus, piemēram, fotoelektrisko efektu, elektrooptisko efektu, akustiski optisko efektu, magnetooptisko efektu, termooptisko efektu utt. integrētā optiskā ceļa sastāvā.
2. Integrētās optikas izpēte un pielietojums
Integrētā optika tiek plaši izmantota dažādās jomās, piemēram, rūpniecībā, militārajā jomā un ekonomikā, taču to galvenokārt izmanto šādos aspektos:
1. Sakaru un optiskie tīkli
Optiskās integrētās ierīces ir galvenā aparatūra ātrdarbīgu un lielas ietilpības optisko sakaru tīklu realizēšanai, tostarp ātrdarbīgas reaģēšanas integrēts lāzera avots, viļņvada režģa masīva blīvs viļņu garuma dalīšanas multipleksors, šaurjoslas reaģēšanas integrēts fotodetektors, maršrutēšanas viļņu garuma pārveidotājs, ātras reaģēšanas optiskā komutācijas matrica, mazzudumu daudzpiekļuves viļņvada staru sadalītājs utt.
2. Fotoniskais dators
Tā sauktais fotonu dators ir dators, kas informācijas pārraides vidē izmanto gaismu. Fotoni ir bozoni, kuriem nav elektriskā lādiņa, un gaismas stari var iet paralēli vai krustoties, neietekmējot viens otru, kam piemīt lieliska paralēlās apstrādes spēja. Fotoniskajam datoram ir arī tādas priekšrocības kā liela informācijas glabāšanas ietilpība, spēcīga traucējumu novēršanas spēja, zemas prasības pret vides apstākļiem un augsta kļūdu tolerance. Fotoniskā datora pamata funkcionālās sastāvdaļas ir integrēti optiskie slēdži un integrēti optiskās loģikas komponenti.
3. Citi pielietojumi, piemēram, optiskās informācijas procesors, optiskās šķiedras sensors, šķiedru režģa sensors, optiskās šķiedras žiroskops utt.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 28. jūnijs