Conceptul de optică integrată a fost propus de Dr. Miller de la Laboratoarele Bell în 1969. Optica integrată este un domeniu nou care studiază și dezvoltă dispozitive optice și sisteme electronice optice hibride folosind metode integrate pe baza optoelectronicii și microelectronicii. Baza teoretică a opticii integrate este optica și optoelectronica, implicând optica undă și optica informațională, optica neliniară, optoelectronica semiconductorilor, optica cristalină, optica peliculelor subțiri, optica undă ghidată, teoria modurilor cuplate și a interacțiunii parametrice, dispozitivele și sistemele cu ghid de undă optică pe pelicule subțiri. Baza tehnologică este în principal tehnologia peliculelor subțiri și tehnologia microelectronică. Domeniul de aplicare al opticii integrate este foarte larg, pe lângă comunicațiile prin fibră optică, tehnologia de detectare prin fibră optică, procesarea informațiilor optice, computerele optice și stocarea optică, existând și alte domenii, cum ar fi cercetarea în știința materialelor, instrumentele optice, cercetarea spectrală.
În primul rând, avantajele optice integrate
1. Comparație cu sistemele de dispozitive optice discrete
Dispozitivul optic discret este un tip de dispozitiv optic fixat pe o platformă mare sau o bază optică pentru a forma un sistem optic. Dimensiunea sistemului este de ordinul a 1 m², iar grosimea fasciculului este de aproximativ 1 cm. Pe lângă dimensiunile sale mari, asamblarea și reglarea sunt, de asemenea, mai dificile. Sistemul optic integrat are următoarele avantaje:
1. Undele luminoase se propagă în ghiduri de undă optice, iar undele luminoase sunt ușor de controlat și de menținut energia lor.
2. Integrarea aduce o poziționare stabilă. După cum s-a menționat mai sus, optica integrată se așteaptă să realizeze mai multe dispozitive pe același substrat, astfel încât să nu existe problemele de asamblare pe care le au optica discretă, astfel încât combinația să poată fi stabilă, fiind astfel și mai adaptabilă la factorii de mediu, cum ar fi vibrațiile și temperatura.
(3) Dimensiunea dispozitivului și lungimea de interacțiune sunt scurtate; Electronica asociată funcționează și la tensiuni mai mici.
4. Densitate mare de putere. Lumina transmisă de-a lungul ghidului de undă este limitată la un spațiu local mic, rezultând o densitate mare de putere optică, ceea ce permite atingerea ușoară a pragurilor de funcționare necesare ale dispozitivului și funcționarea cu efecte optice neliniare.
5. Optica integrată este în general integrată pe un substrat de dimensiuni centimetrice, de dimensiuni reduse și greutate redusă.
2. Comparație cu circuitele integrate
Avantajele integrării optice pot fi împărțite în două aspecte: unul este înlocuirea sistemului electronic integrat (circuit integrat) cu un sistem optic integrat (circuit optic integrat); celălalt este legat de fibra optică și ghidul de undă optic plan dielectric care ghidează unda luminoasă în loc de fir sau cablu coaxial pentru a transmite semnalul.
Într-o cale optică integrată, elementele optice sunt formate pe un substrat de tip wafer și conectate prin ghiduri de undă optice formate în interiorul sau pe suprafața substratului. Calea optică integrată, care integrează elemente optice pe același substrat sub formă de peliculă subțire, este o modalitate importantă de a rezolva miniaturizarea sistemului optic original și de a îmbunătăți performanța generală. Dispozitivul integrat are avantajele dimensiunilor reduse, performanței stabile și fiabile, eficienței ridicate, consumului redus de energie și utilizării ușoare.
În general, avantajele înlocuirii circuitelor integrate cu circuite optice integrate includ creșterea lățimii de bandă, multiplexarea prin divizarea lungimii de undă, comutarea multiplex, pierderile mici de cuplare, dimensiunile reduse, greutatea redusă, consumul redus de energie, economia bună de preparare a lotului și fiabilitatea ridicată. Datorită diverselor interacțiuni dintre lumină și materie, noi funcții ale dispozitivelor pot fi realizate și prin utilizarea diverselor efecte fizice, cum ar fi efectul fotoelectric, efectul electro-optic, efectul acusto-optic, efectul magneto-optic, efectul termo-optic și așa mai departe în compoziția căii optice integrate.
2. Cercetare și aplicare a opticii integrate
Optica integrată este utilizată pe scară largă în diverse domenii, cum ar fi industria, armata și economia, dar este utilizată în principal în următoarele aspecte:
1. Rețele de comunicații și optice
Dispozitivele integrate optice sunt componentele hardware cheie pentru realizarea rețelelor de comunicații optice de mare viteză și capacitate mare, inclusiv sursa laser integrată cu răspuns de mare viteză, multiplexorul dens cu diviziune de lungime de undă cu matrice de ghid de undă, fotodetectorul integrat cu răspuns în bandă îngustă, convertorul de lungime de undă de rutare, matricea de comutare optică cu răspuns rapid, divizorul de fascicul cu ghid de undă cu acces multiplu cu pierderi reduse și așa mai departe.
2. Calculator fotonic
Așa-numitul computer fotonic este un computer care folosește lumina ca mediu de transmitere a informațiilor. Fotonii sunt bosoni, care nu au sarcină electrică, iar fasciculele de lumină pot trece paralel sau se pot încrucișa fără a se afecta reciproc, ceea ce are capacitatea înnăscută de a procesa în paralel o mare putere. Calculatorul fotonic are, de asemenea, avantajele unei capacități mari de stocare a informațiilor, a unei capacități puternice anti-interferențe, a unor cerințe reduse față de condițiile de mediu și a unei toleranțe puternice la erori. Cele mai elementare componente funcționale ale computerelor fotonice sunt comutatoarele optice integrate și componentele logice optice integrate.
3. Alte aplicații, cum ar fi procesorul optic de informații, senzorul cu fibră optică, senzorul cu rețea de fibră, giroscopul cu fibră optică etc.
Data publicării: 28 iunie 2023