Què és l'òptica integrada?

El concepte d'òptica integrada va ser proposat pel Dr. Miller dels Laboratoris Bell el 1969. L'òptica integrada és una nova matèria que estudia i desenvolupa dispositius òptics i sistemes de dispositius electrònics òptics híbrids utilitzant mètodes integrats basats en l'optoelectrònica i la microelectrònica. La base teòrica de l'òptica integrada és l'òptica i l'optoelectrònica, que inclou òptica d'ones i òptica d'informació, òptica no lineal, optoelectrònica de semiconductors, òptica de cristall, òptica de pel·lícula fina, òptica d'ones guiades, teoria de mode acoblat i interacció paramètrica, dispositius i sistemes de guia d'ones òptiques de pel·lícula fina. La base tecnològica és principalment la tecnologia de pel·lícula fina i la tecnologia de microelectrònica. El camp d'aplicació de l'òptica integrada és molt ampli, a més de la comunicació per fibra òptica, la tecnologia de detecció de fibra òptica, el processament d'informació òptica, la informàtica òptica i l'emmagatzematge òptic, hi ha altres camps, com ara la investigació en ciència de materials, els instruments òptics i la investigació espectral.

En primer lloc, els avantatges òptics integrats

1. Comparació amb sistemes de dispositius òptics discrets

Un dispositiu òptic discret és un tipus de dispositiu òptic fixat sobre una plataforma gran o una base òptica per formar un sistema òptic. La mida del sistema és de l'ordre d'1 m2 i el gruix del feix és d'aproximadament 1 cm. A més de la seva gran mida, el muntatge i l'ajust també són més difícils. El sistema òptic integrat té els següents avantatges:

1. Les ones de llum es propaguen en guies d'ones òptiques, i les ones de llum són fàcils de controlar i mantenir la seva energia.

2. La integració aporta un posicionament estable. Com s'ha esmentat anteriorment, l'òptica integrada espera fer diversos dispositius sobre el mateix substrat, de manera que no hi hagi problemes d'acoblament que tenen les òptiques discretes, de manera que la combinació pot ser estable, de manera que també és més adaptable a factors ambientals com la vibració i la temperatura.

(3) La mida del dispositiu i la longitud d'interacció s'escurcen; L'electrònica associada també funciona a voltatges més baixos.

4. Alta densitat de potència. La llum transmesa al llarg de la guia d'ones es limita a un espai local reduït, cosa que resulta en una alta densitat de potència òptica, que facilita l'assoliment dels llindars de funcionament necessaris del dispositiu i el funcionament amb efectes òptics no lineals.

5. Les òptiques integrades generalment s'integren en un substrat a escala centimètrica, que és de mida petita i lleuger.

2. Comparació amb circuits integrats

Els avantatges de la integració òptica es poden dividir en dos aspectes: un és la substitució del sistema electrònic integrat (circuit integrat) pel sistema òptic integrat (circuit òptic integrat); l'altre està relacionat amb la fibra òptica i la guia d'ones òptiques del pla dielèctric que guien l'ona de llum en lloc de cable o cable coaxial per transmetre el senyal.

En una via òptica integrada, els elements òptics es formen sobre un substrat d'oblia i es connecten mitjançant guies d'ona òptiques formades dins o sobre la superfície del substrat. La via òptica integrada, que integra elements òptics al mateix substrat en forma de pel·lícula fina, és una manera important de resoldre la miniaturització del sistema òptic original i millorar el rendiment general. El dispositiu integrat té els avantatges d'una mida petita, un rendiment estable i fiable, una alta eficiència, un baix consum d'energia i una facilitat d'ús.

En general, els avantatges de substituir els circuits integrats per circuits òptics integrats inclouen un augment de l'amplada de banda, la multiplexació per divisió de longitud d'ona, la commutació multiplex, una petita pèrdua d'acoblament, una mida petita, un pes lleuger, un baix consum d'energia, una bona economia de preparació per lots i una alta fiabilitat. A causa de les diverses interaccions entre la llum i la matèria, també es poden realitzar noves funcions de dispositiu mitjançant l'ús de diversos efectes físics com l'efecte fotoelèctric, l'efecte electroòptic, l'efecte acustoòptic, l'efecte magnetoòptic, l'efecte termoòptic, etc. en la composició de la via òptica integrada.

2. Recerca i aplicació de l'òptica integrada

L'òptica integrada s'utilitza àmpliament en diversos camps com la indústria, l'exèrcit i l'economia, però s'utilitza principalment en els aspectes següents:

1. Comunicacions i xarxes òptiques

Els dispositius integrats òptics són el maquinari clau per realitzar xarxes de comunicació òptica d'alta velocitat i gran capacitat, incloent-hi una font làser integrada de resposta d'alta velocitat, un multiplexor de divisió de longitud d'ona densa amb matriu de reixetes de guia d'ones, un fotodetector integrat amb resposta de banda estreta, un convertidor de longitud d'ona d'enrutament, una matriu de commutació òptica de resposta ràpida, un divisor de feix de guia d'ones d'accés múltiple de baixa pèrdua, etc.

2. Ordinador fotònic

L'anomenat ordinador fotònic és un ordinador que utilitza la llum com a mitjà de transmissió d'informació. Els fotons són bosons, que no tenen càrrega elèctrica, i els feixos de llum poden passar en paral·lel o creuar-se sense afectar-se entre si, la qual cosa té la capacitat innata d'un gran processament en paral·lel. L'ordinador fotònic també té els avantatges d'una gran capacitat d'emmagatzematge d'informació, una forta capacitat antiinterferències, baixos requisits per a les condicions ambientals i una forta tolerància a fallades. Els components funcionals més bàsics dels ordinadors fotònics són els interruptors òptics integrats i els components lògics òptics integrats.

3. Altres aplicacions, com ara processador d'informació òptica, sensor de fibra òptica, sensor de reixeta de fibra, giroscopi de fibra òptica, etc.