Integroidun optiikan käsitteen esitti Dr. Miller Bell Laboratoriesista vuonna 1969. Integroitu optiikka on uusi aihe, joka tutkii ja kehittää optisia laitteita ja hybridioptisia elektronisia laitejärjestelmiä integroitujen menetelmien avulla optoelektroniikan ja mikroelektroniikan pohjalta. Integroidun optiikan teoreettinen perusta on optiikka ja optoelektroniikka, mukaan lukien aalto-optiikka ja informaatio-optiikka, epälineaarinen optiikka, puolijohdeoptoelektroniikka, kideoptiikka, ohutkalvo-optiikka, ohjattu aalto-optiikka, kytketyn tilan ja parametrisen vuorovaikutuksen teoria sekä ohutkalvo-optiset aaltojohdinlaitteet ja -järjestelmät. Teknologinen perusta on pääasiassa ohutkalvotekniikka ja mikroelektroniikan tekniikka. Integroidun optiikan sovellusalue on erittäin laaja, ja optisen kuitutiedonsiirron, optisen kuituanturitekniikan, optisen tiedonkäsittelyn, optisen tietokoneen ja optisen tallennuksen lisäksi on muitakin aloja, kuten materiaalitieteellinen tutkimus, optiset instrumentit ja spektritutkimus.
Ensinnäkin integroidut optiset edut
1. Vertailu erillisiin optisiin laitejärjestelmiin
Diskreetti optinen laite on eräänlainen optinen laite, joka on kiinnitetty suurelle alustalle tai optiselle alustalle optisen järjestelmän muodostamiseksi. Järjestelmän koko on luokkaa 1 m2 ja säteen paksuus noin 1 cm. Suuren kokonsa lisäksi myös kokoaminen ja säätö ovat vaikeampia. Integroidulla optisella järjestelmällä on seuraavat edut:
1. Valoaallot etenevät optisissa aaltojohteissa, ja valoaaltoja on helppo hallita ja ylläpitää niiden energiaa.
2. Integrointi tuo vakaan paikannuksen. Kuten edellä mainittiin, integroidun optiikan odotetaan valmistavan useita laitteita samalle alustalle, joten erillisillä optiikoilla ei ole samanlaisia kokoonpano-ongelmia kuin erillisillä optiikoilla. Näin yhdistelmä voi olla vakaa ja siten myös sopeutuvampi ympäristötekijöihin, kuten tärinään ja lämpötilaan.
(3) Laitteen koko ja vuorovaikutuspituus lyhenevät; Myös siihen liittyvä elektroniikka toimii pienemmillä jännitteillä.
4. Suuri tehotiheys. Aaltoputken läpi kulkeva valo rajoittuu pieneen paikalliseen tilaan, mikä johtaa suureen optiseen tehotiheyteen, jolla on helppo saavuttaa tarvittavat laitteen toimintakynnykset ja työskennellä epälineaaristen optisten efektien kanssa.
5. Integroitu optiikka integroidaan yleensä senttimetrin kokoiselle alustalle, joka on kooltaan pieni ja kevyt.
2. Vertailu integroituihin piireihin
Optisen integroinnin edut voidaan jakaa kahteen osaan: integroitu elektroninen järjestelmä (integroitu piiri) korvataan integroidulla optisella järjestelmällä (integroitu optinen piiri); toinen liittyy optiseen kuituun ja dielektriseen tasooptiseen aaltojohteeseen, joka ohjaa valoaaltoa johtimen tai koaksiaalikaapelin sijaan signaalin lähettämiseksi.
Integroidussa optisessa polussa optiset elementit muodostetaan kiekkosubstraatille ja yhdistetään substraatin sisäpuolelle tai pinnalle muodostetuilla optisilla aaltojohteilla. Integroitu optinen polku, jossa optiset elementit on integroitu samalle substraatille ohutkalvon muodossa, on tärkeä tapa ratkaista alkuperäisen optisen järjestelmän pienentäminen ja parantaa kokonaissuorituskykyä. Integroidun laitteen etuja ovat pieni koko, vakaa ja luotettava suorituskyky, korkea hyötysuhde, alhainen virrankulutus ja helppokäyttöisyys.
Yleisesti ottaen integroitujen piirien korvaamisen etuja integroiduilla optisilla piireillä ovat lisääntynyt kaistanleveys, aallonpituusjakoinen multipleksointi, multipleksikytkentä, pienet kytkentähäviöt, pieni koko, keveys, alhainen virrankulutus, hyvä eränvalmistuksen taloudellisuus ja korkea luotettavuus. Valon ja aineen välisten erilaisten vuorovaikutusten ansiosta uusia laitetoimintoja voidaan toteuttaa myös käyttämällä erilaisia fysikaalisia vaikutuksia, kuten valosähköistä ilmiötä, sähköoptista ilmiötä, akustis-optista ilmiötä, magneto-optista ilmiötä, termo-optista ilmiötä ja niin edelleen integroidun optisen reitin koostumuksessa.
2. Integroidun optiikan tutkimus ja sovellukset
Integroitua optiikkaa käytetään laajalti eri aloilla, kuten teollisuudessa, sotilasalalla ja taloudessa, mutta sitä käytetään pääasiassa seuraavilla aloilla:
1. Viestintä- ja optiset verkot
Optiset integroidut laitteet ovat avainasemassa nopeiden ja suuren kapasiteetin optisten tietoliikenneverkkojen toteuttamisessa, mukaan lukien nopeavasteinen integroitu laserlähde, aaltojohdehilaryhmän tiheä aallonpituudenjakoinen multiplekseri, kapeakaistainen vasteintegroitu fotodetektori, reititysaallonpituuden muunnin, nopeavasteinen optinen kytkentämatriisi, pienihäviöinen monikäyttöinen aaltojohdesäteenjakaja ja niin edelleen.
2. Fotoninen tietokone
Niin kutsuttu fotonitietokone on tietokone, joka käyttää valoa tiedonsiirtovälineenä. Fotonit ovat bosoneja, joilla ei ole sähkövarausta, ja valonsäteet voivat kulkea rinnakkain tai ristiin vaikuttamatta toisiinsa, mikä on luontainen ominaisuus erinomaiseen rinnakkaiskäsittelyyn. Fotonitietokoneella on myös etuna suuri tiedontallennuskapasiteetti, vahva häiriönsietokyky, alhaiset ympäristövaatimukset ja vahva vikasietoisuus. Fotonitietokoneiden perustoiminnallisimmat komponentit ovat integroidut optiset kytkimet ja integroidut optiset logiikkakomponentit.
3. Muut sovellukset, kuten optinen tiedonkäsittelylaite, kuituoptinen anturi, kuituhila-anturi, kuituoptinen gyroskooppi jne.
Julkaisun aika: 28. kesäkuuta 2023