Η έννοια της ολοκληρωμένης οπτικής προτάθηκε από τον Δρ. Miller των εργαστηρίων Bell το 1969. Η ολοκληρωμένη οπτική είναι ένα νέο αντικείμενο που μελετά και αναπτύσσει οπτικές συσκευές και υβριδικά οπτικά συστήματα ηλεκτρονικών συσκευών χρησιμοποιώντας ολοκληρωμένες μεθόδους με βάση την οπτοηλεκτρονική και τη μικροηλεκτρονική. Η θεωρητική βάση της ολοκληρωμένης οπτικής είναι η οπτική και η οπτοηλεκτρονική, που περιλαμβάνει οπτική κυμάτων και οπτική πληροφοριών, μη γραμμική οπτική, οπτοηλεκτρονική ημιαγωγών, κρυσταλλική οπτική, οπτική λεπτής μεμβράνης, οπτική καθοδηγούμενης κύματος, συζευγμένη λειτουργία και παραμετρική θεωρία αλληλεπίδρασης, συσκευές οπτικών συστημάτων κυματοδηγών λεπτής μεμβράνης. Η τεχνολογική βάση είναι κυρίως η τεχνολογία λεπτών φιλμ και η τεχνολογία μικροηλεκτρονικής. Το πεδίο εφαρμογής της ολοκληρωμένης οπτικής είναι πολύ ευρύ, εκτός από την επικοινωνία οπτικών ινών, την τεχνολογία ανίχνευσης οπτικών ινών, την επεξεργασία οπτικών πληροφοριών, τον οπτικό υπολογιστή και την οπτική αποθήκευση, υπάρχουν και άλλα πεδία, όπως η έρευνα επιστήμης υλικών, τα οπτικά όργανα, η φασματική έρευνα.
Πρώτον, τα ενσωματωμένα οπτικά πλεονεκτήματα
1. Σύγκριση με διακριτά συστήματα οπτικών συσκευών
Η διακριτή οπτική συσκευή είναι ένας τύπος οπτικής συσκευής που στερεώνεται σε μια μεγάλη πλατφόρμα ή οπτική βάση για να σχηματίσει ένα οπτικό σύστημα. Το μέγεθος του συστήματος είναι της τάξης του 1m2 και το πάχος της δοκού είναι περίπου 1cm. Εκτός από το μεγάλο του μέγεθος, η συναρμολόγηση και η προσαρμογή είναι επίσης πιο δύσκολη. Το ενσωματωμένο οπτικό σύστημα έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
1. Τα κύματα φωτός διαδίδονται σε οπτικούς κυματοδηγούς και τα κύματα φωτός είναι εύκολο να ελεγχθούν και να διατηρηθούν η ενέργειά τους.
2. Η ενσωμάτωση φέρνει σταθερή τοποθέτηση. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η ολοκληρωμένη οπτική αναμένει να κάνει πολλές συσκευές στο ίδιο υπόστρωμα, επομένως δεν υπάρχουν προβλήματα συναρμολόγησης που έχουν τα διακριτά οπτικά, έτσι ώστε ο συνδυασμός να μπορεί να είναι σταθερός, ώστε να είναι επίσης πιο προσαρμόσιμο σε περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως κραδασμούς και θερμοκρασία .
(3) Το μέγεθος της συσκευής και το μήκος αλληλεπίδρασης συντομεύονται. Τα σχετικά ηλεκτρονικά λειτουργούν επίσης σε χαμηλότερες τάσεις.
4. Υψηλή πυκνότητα ισχύος. Το φως που μεταδίδεται κατά μήκος του κυματοδηγού περιορίζεται σε ένα μικρό τοπικό χώρο, με αποτέλεσμα μια υψηλή πυκνότητα οπτικής ισχύος, η οποία είναι εύκολο να φτάσει τα απαραίτητα όρια λειτουργίας της συσκευής και να λειτουργήσει με μη γραμμικά οπτικά εφέ.
5. Τα ενσωματωμένα οπτικά ενσωματώνονται γενικά σε ένα υπόστρωμα κλίμακας εκατοστών, το οποίο είναι μικρό σε μέγεθος και μικρό σε βάρος.
2. Σύγκριση με ολοκληρωμένα κυκλώματα
Τα πλεονεκτήματα της οπτικής ολοκλήρωσης μπορούν να χωριστούν σε δύο πτυχές, η μία είναι η αντικατάσταση του ολοκληρωμένου ηλεκτρονικού συστήματος (ολοκληρωμένο κύκλωμα) με το ολοκληρωμένο οπτικό σύστημα (ολοκληρωμένο οπτικό κύκλωμα). Το άλλο σχετίζεται με την οπτική ίνα και τον οπτικό κυματοδηγό διηλεκτρικού επιπέδου που καθοδηγούν το κύμα φωτός αντί για σύρμα ή ομοαξονικό καλώδιο για τη μετάδοση του σήματος.
Σε μια ενσωματωμένη οπτική διαδρομή, τα οπτικά στοιχεία διαμορφώνονται σε ένα υπόστρωμα γκοφρέτας και συνδέονται με οπτικούς κυματοδηγούς που σχηματίζονται μέσα ή στην επιφάνεια του υποστρώματος. Η ενσωματωμένη οπτική διαδρομή, η οποία ενσωματώνει οπτικά στοιχεία στο ίδιο υπόστρωμα με τη μορφή λεπτής μεμβράνης, είναι ένας σημαντικός τρόπος για την επίλυση της μικρογραφίας του αρχικού οπτικού συστήματος και τη βελτίωση της συνολικής απόδοσης. Η ενσωματωμένη συσκευή έχει τα πλεονεκτήματα του μικρού μεγέθους, της σταθερής και αξιόπιστης απόδοσης, της υψηλής απόδοσης, της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και της εύκολης χρήσης.
Γενικά, τα πλεονεκτήματα της αντικατάστασης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με ολοκληρωμένα οπτικά κυκλώματα περιλαμβάνουν αυξημένο εύρος ζώνης, πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος, πολυπλεξία μεταγωγή, μικρή απώλεια ζεύξης, μικρό μέγεθος, μικρό βάρος, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, καλή οικονομία προετοιμασίας παρτίδων και υψηλή αξιοπιστία. Λόγω των διαφόρων αλληλεπιδράσεων μεταξύ φωτός και ύλης, οι νέες λειτουργίες της συσκευής μπορούν επίσης να πραγματοποιηθούν με τη χρήση διαφόρων φυσικών εφέ όπως φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, ηλεκτροοπτικό εφέ, ακουστικο-οπτικό εφέ, μαγνητο-οπτικό εφέ, θερμο-οπτικό εφέ κ.λπ. τη σύνθεση της ολοκληρωμένης οπτικής διαδρομής.
2. Έρευνα και εφαρμογή ολοκληρωμένων οπτικών
Τα ολοκληρωμένα οπτικά χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς όπως η βιομηχανία, ο στρατός και η οικονομία, αλλά χρησιμοποιούνται κυρίως στις ακόλουθες πτυχές:
1. Επικοινωνιακά και οπτικά δίκτυα
Οι ενσωματωμένες οπτικές συσκευές είναι το βασικό υλικό για την υλοποίηση δικτύων οπτικών επικοινωνιών υψηλής ταχύτητας και μεγάλης χωρητικότητας, συμπεριλαμβανομένης της ενσωματωμένης πηγής λέιζερ απόκρισης υψηλής ταχύτητας, του πολυπλέκτη διαίρεσης πυκνού μήκους κύματος συστοιχίας κυματοδηγού, του ενσωματωμένου φωτοανιχνευτή απόκρισης στενής ζώνης, του μετατροπέα μήκους κύματος δρομολόγησης, της μήτρας οπτικής μεταγωγής γρήγορης απόκρισης. διαχωριστής δέσμης κυματοδηγού πολλαπλής πρόσβασης χαμηλής απώλειας και ούτω καθεξής.
2. Φωτονικός υπολογιστής
Ο λεγόμενος υπολογιστής φωτονίων είναι ένας υπολογιστής που χρησιμοποιεί το φως ως μέσο μετάδοσης πληροφοριών. Τα φωτόνια είναι μποζόνια, τα οποία δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο και οι δέσμες φωτός μπορούν να περάσουν παράλληλα ή να διασταυρωθούν χωρίς να επηρεάσουν το ένα το άλλο, κάτι που έχει την έμφυτη ικανότητα της μεγάλης παράλληλης επεξεργασίας. Ο φωτονικός υπολογιστής έχει επίσης τα πλεονεκτήματα της μεγάλης χωρητικότητας αποθήκευσης πληροφοριών, της ισχυρής ικανότητας κατά των παρεμβολών, των χαμηλών απαιτήσεων για περιβαλλοντικές συνθήκες και της ισχυρής ανοχής σε σφάλματα. Τα πιο βασικά λειτουργικά στοιχεία των φωτονικών υπολογιστών είναι οι ενσωματωμένοι οπτικοί διακόπτες και τα ενσωματωμένα στοιχεία οπτικής λογικής.
3. Άλλες εφαρμογές, όπως επεξεργαστής οπτικών πληροφοριών, αισθητήρας οπτικών ινών, αισθητήρας πλέγματος ινών, γυροσκόπιο οπτικών ινών κ.λπ.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-28-2023