Koncept integrovanej optiky predstavil Dr. Miller z Bell Laboratories v roku 1969. Integrovaná optika je nový odbor, ktorý študuje a vyvíja optické zariadenia a hybridné optické elektronické systémy pomocou integrovaných metód založených na optoelektronike a mikroelektronike. Teoretickým základom integrovanej optiky je optika a optoelektronika, ktorá zahŕňa vlnovú optiku a informačnú optiku, nelineárnu optiku, polovodičovú optoelektroniku, kryštálovú optiku, optiku tenkých vrstiev, optiku vedených vĺn, teóriu prepojených módov a parametrických interakcií, zariadenia a systémy s tenkými vrstvami optických vlnovodov. Technologickým základom je najmä technológia tenkých vrstiev a mikroelektronika. Oblasť použitia integrovanej optiky je veľmi široká a okrem optickej komunikácie, technológie snímania optických vlákien, spracovania optických informácií, optických počítačov a optického ukladania existujú aj ďalšie oblasti, ako je výskum materiálových vied, optické prístroje a spektrálny výskum.
Po prvé, integrované optické výhody
1. Porovnanie so systémami diskrétnych optických zariadení
Diskrétne optické zariadenie je typ optického zariadenia upevneného na veľkej platforme alebo optickej základni, čím vytvára optický systém. Veľkosť systému je rádovo 1 m2 a hrúbka lúča je približne 1 cm. Okrem veľkých rozmerov je montáž a nastavenie tiež náročnejšie. Integrovaný optický systém má nasledujúce výhody:
1. Svetelné vlny sa šíria v optických vlnovodoch a svetelné vlny sa ľahko ovládajú a udržiavajú si svoju energiu.
2. Integrácia prináša stabilné umiestnenie. Ako už bolo spomenuté, integrovaná optika predpokladá výrobu viacerých zariadení na rovnakom substráte, takže neexistujú žiadne problémy s montážou, ktoré majú diskrétne optiky, takže kombinácia môže byť stabilná a zároveň lepšie prispôsobiteľná faktorom prostredia, ako sú vibrácie a teplota.
(3) Veľkosť zariadenia a interakčná dĺžka sú skrátené; Súvisiaca elektronika tiež pracuje pri nižších napätiach.
4. Vysoká hustota výkonu. Svetlo prenášané vlnovodom je obmedzené na malý lokálny priestor, čo vedie k vysokej hustote optického výkonu, ktorá umožňuje ľahko dosiahnuť potrebné prevádzkové prahy zariadenia a pracovať s nelineárnymi optickými efektmi.
5. integrovaná optika je vo všeobecnosti integrovaná na centimetrovom substráte, ktorý má malú veľkosť a nízku hmotnosť.
2. Porovnanie s integrovanými obvodmi
Výhody optickej integrácie možno rozdeliť do dvoch aspektov, prvým je nahradenie integrovaného elektronického systému (integrovaného obvodu) integrovaným optickým systémom (integrovaný optický obvod); druhý sa týka optického vlákna a dielektrického rovinného optického vlnovodu, ktoré vedú svetelnú vlnu namiesto drôtu alebo koaxiálneho kábla na prenos signálu.
V integrovanej optickej dráhe sú optické prvky vytvorené na substráte z doštičky a spojené optickými vlnovodmi vytvorenými vo vnútri alebo na povrchu substrátu. Integrovaná optická dráha, ktorá integruje optické prvky na tom istom substráte vo forme tenkej vrstvy, je dôležitým spôsobom, ako vyriešiť miniaturizáciu pôvodného optického systému a zlepšiť celkový výkon. Integrované zariadenie má výhody malej veľkosti, stabilného a spoľahlivého výkonu, vysokej účinnosti, nízkej spotreby energie a jednoduchého použitia.
Vo všeobecnosti medzi výhody nahradenia integrovaných obvodov integrovanými optickými obvodmi patrí zvýšená šírka pásma, multiplexovanie s delením vlnových dĺžok, multiplexné prepínanie, malá strata väzby, malá veľkosť, nízka hmotnosť, nízka spotreba energie, dobrá hospodárnosť prípravy dávky a vysoká spoľahlivosť. Vďaka rôznym interakciám medzi svetlom a hmotou je možné nové funkcie zariadenia realizovať aj použitím rôznych fyzikálnych efektov, ako je fotoelektrický efekt, elektrooptický efekt, akusticko-optický efekt, magnetooptický efekt, termooptický efekt atď., v zložení integrovanej optickej dráhy.
2. Výskum a aplikácia integrovanej optiky
Integrovaná optika sa široko používa v rôznych oblastiach, ako je priemysel, armáda a hospodárstvo, ale používa sa hlavne v nasledujúcich aspektoch:
1. Komunikačné a optické siete
Optické integrované zariadenia sú kľúčovým hardvérom na realizáciu vysokorýchlostných a veľkokapacitných optických komunikačných sietí, vrátane vysokorýchlostného integrovaného laserového zdroja, multiplexora s hustým vlnovým delením a mriežkovým poľom vlnovodov, integrovaného fotodetektora s úzkopásmovou odozvou, smerovacieho prevodníka vlnových dĺžok, rýchloodpovednej optickej prepínacej matice, nízkostratového viacnásobného prístupového vlnovodného deliča lúča atď.
2. Fotonický počítač
Takzvaný fotónový počítač je počítač, ktorý využíva svetlo ako prenosové médium informácií. Fotóny sú bozóny, ktoré nemajú elektrický náboj a svetelné lúče môžu prechádzať paralelne alebo krížiť sa bez toho, aby sa navzájom ovplyvňovali, čo má vrodenú schopnosť veľkého paralelného spracovania. Fotonický počítač má tiež výhody veľkej kapacity ukladania informácií, silnej odolnosti voči rušeniu, nízkych požiadaviek na podmienky prostredia a vysokej odolnosti voči chybám. Najzákladnejšími funkčnými komponentmi fotonických počítačov sú integrované optické spínače a integrované optické logické komponenty.
3. Ďalšie aplikácie, ako napríklad optický informačný procesor, senzor z optických vlákien, senzor s mriežkou z vlákien, gyroskop z optických vlákien atď.
Čas uverejnenia: 28. júna 2023