Концепция интегральной оптики была выдвинута доктором Миллером из Bell Laboratories в 1969 году. Интегральная оптика — это новый предмет, изучающий и разрабатывающий оптические устройства и гибридные системы оптических электронных устройств с использованием интегрированных методов на основе оптоэлектроники и микроэлектроники.Теоретической основой интегральной оптики является оптика и оптоэлектроника, включающая волновую оптику и информационную оптику, нелинейную оптику, полупроводниковую оптоэлектронику, кристаллооптику, тонкопленочную оптику, волноводную оптику, теорию связанных мод и параметрического взаимодействия, тонкопленочные оптические волноводные устройства и системы.Технологической основой являются в основном тонкопленочные технологии и технологии микроэлектроники.Область применения интегральной оптики очень широка, помимо оптоволоконной связи, технологии оптического зондирования, оптической обработки информации, оптического компьютера и оптического хранения, существуют и другие области, такие как исследования в области материаловедения, оптические инструменты, спектральные исследования.
Во-первых, интегрированные оптические преимущества
1. Сравнение с системами дискретных оптических устройств.
Дискретное оптическое устройство — это тип оптического устройства, закрепленного на большой платформе или оптическом основании и образующего оптическую систему.Размер системы порядка 1м2, а толщина бруса около 1см.Помимо больших размеров, сборка и регулировка также сложнее.Интегрированная оптическая система имеет следующие преимущества:
1. Световые волны распространяются в оптических волноводах, а световыми волнами легко управлять и сохранять свою энергию.
2. Интеграция обеспечивает стабильное позиционирование.Как упоминалось выше, интегрированная оптика предполагает создание нескольких устройств на одной и той же подложке, поэтому нет проблем со сборкой, которые возникают у дискретной оптики, поэтому комбинация может быть стабильной, а также более адаптируемой к факторам окружающей среды, таким как вибрация и температура. .
(3) Размер устройства и длина взаимодействия сокращены;Соответствующая электроника также работает при более низких напряжениях.
4. Высокая плотность мощности.Свет, передаваемый по волноводу, ограничен небольшим локальным пространством, что приводит к высокой плотности оптической мощности, что позволяет легко достичь необходимых порогов работы устройства и работать с нелинейными оптическими эффектами.
5. Интегрированная оптика обычно размещается на подложке сантиметрового размера, которая имеет небольшой размер и легкий вес.
2. Сравнение с интегральными схемами
Преимущества оптической интеграции можно разделить на два аспекта: один заключается в замене интегрированной электронной системы (интегральной схемы) интегрированной оптической системой (интегральной оптической схемой);Другой связан с оптическим волокном и диэлектрическим плоским оптическим волноводом, которые направляют световую волну вместо провода или коаксиального кабеля для передачи сигнала.
В интегрированном оптическом пути оптические элементы формируются на пластине-подложке и соединяются оптическими волноводами, сформированными внутри или на поверхности подложки.Интегрированный оптический путь, который объединяет оптические элементы на одной подложке в виде тонкой пленки, является важным способом решения проблемы миниатюризации исходной оптической системы и улучшения общих характеристик.Интегрированное устройство имеет такие преимущества, как небольшой размер, стабильную и надежную работу, высокую эффективность, низкое энергопотребление и простоту использования.
В целом, преимущества замены интегральных схем интегральными оптическими схемами включают увеличенную полосу пропускания, мультиплексирование с разделением по длине волны, коммутацию мультиплексирования, небольшие потери связи, небольшой размер, малый вес, низкое энергопотребление, хорошую экономичность подготовки партий и высокую надежность.Из-за различных взаимодействий между светом и материей новые функции устройства также могут быть реализованы с использованием различных физических эффектов, таких как фотоэлектрический эффект, электрооптический эффект, акустооптический эффект, магнитооптический эффект, термооптический эффект и т. д. состав интегрированного оптического пути.
2. Исследование и применение интегральной оптики.
Интегрированная оптика широко используется в различных областях, таких как промышленность, военная промышленность и экономика, но в основном она используется в следующих аспектах:
1. Связь и оптические сети
Оптические интегрированные устройства являются ключевым оборудованием для реализации высокоскоростных сетей оптической связи с большой пропускной способностью, включая высокоскоростной встроенный лазерный источник, волноводный решетчатый мультиплексор с плотным разделением по длине волны, интегрированный узкополосный фотодетектор, маршрутизирующий преобразователь длины волны, матрицу оптического переключения с быстрым откликом, Волноводный светоделитель с малыми потерями и множественным доступом и так далее.
2. Фотонный компьютер
Так называемый фотонный компьютер — это компьютер, использующий свет в качестве средства передачи информации.Фотоны — это бозоны, не имеющие электрического заряда, а лучи света могут проходить параллельно или пересекаться, не затрагивая друг друга, что обладает врожденной способностью к большой параллельной обработке.Фотонный компьютер также обладает преимуществами большой емкости хранения информации, сильной защиты от помех, низких требований к условиям окружающей среды и высокой отказоустойчивости.Самыми основными функциональными компонентами фотонных компьютеров являются встроенные оптические переключатели и интегрированные компоненты оптической логики.
3. Другие приложения, такие как оптический информационный процессор, оптоволоконный датчик, волоконно-оптический датчик, волоконно-оптический гироскоп и т. д.
Время публикации: 28 июня 2023 г.