Η έννοια της ολοκληρωμένης οπτικής προτάθηκε από τον Δρ. Miller των Bell Laboratories το 1969. Η ολοκληρωμένη οπτική είναι ένα νέο γνωστικό αντικείμενο που μελετά και αναπτύσσει οπτικές συσκευές και υβριδικά οπτικά ηλεκτρονικά συστήματα συσκευών χρησιμοποιώντας ολοκληρωμένες μεθόδους με βάση την οπτοηλεκτρονική και τη μικροηλεκτρονική. Η θεωρητική βάση της ολοκληρωμένης οπτικής είναι η οπτική και η οπτοηλεκτρονική, που περιλαμβάνουν την κυματική οπτική και την οπτική πληροφοριών, τη μη γραμμική οπτική, την οπτοηλεκτρονική ημιαγωγών, την κρυσταλλική οπτική, την οπτική λεπτής μεμβράνης, την οπτική καθοδηγούμενου κύματος, τη θεωρία συζευγμένου τρόπου λειτουργίας και παραμετρικής αλληλεπίδρασης, τις συσκευές και συστήματα λεπτής μεμβράνης οπτικού κυματοδηγού. Η τεχνολογική βάση είναι κυρίως η τεχνολογία λεπτής μεμβράνης και η τεχνολογία μικροηλεκτρονικής. Το πεδίο εφαρμογής της ολοκληρωμένης οπτικής είναι πολύ ευρύ. Εκτός από την επικοινωνία με οπτικές ίνες, την τεχνολογία ανίχνευσης οπτικών ινών, την επεξεργασία οπτικών πληροφοριών, τον οπτικό υπολογιστή και την οπτική αποθήκευση, υπάρχουν και άλλοι τομείς, όπως η έρευνα της επιστήμης υλικών, τα οπτικά όργανα, η φασματική έρευνα.
Πρώτον, ενσωματωμένα οπτικά πλεονεκτήματα
1. Σύγκριση με συστήματα διακριτών 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 δέσμης είναι περίπου 1cm. Εκτός από το μεγάλο μέγεθός του, η συναρμολόγηση και η ρύθμιση είναι επίσης πιο δύσκολες. Το ενσωματωμένο οπτικό σύστημα έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
1. Τα φωτεινά κύματα διαδίδονται σε οπτικούς κυματοδηγούς και η ενέργειά τους ελέγχεται και διατηρείται εύκολα.
2. Η ενσωμάτωση επιφέρει σταθερή τοποθέτηση. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα ενσωματωμένα οπτικά συστήματα αναμένεται να κατασκευάσουν αρκετές συσκευές στο ίδιο υπόστρωμα, επομένως δεν υπάρχουν προβλήματα συναρμολόγησης που έχουν τα διακριτά οπτικά συστήματα, έτσι ώστε ο συνδυασμός να μπορεί να είναι σταθερός, ώστε να είναι επίσης πιο προσαρμόσιμος σε περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως οι κραδασμοί και η θερμοκρασία.
(3) Το μέγεθος της συσκευής και το μήκος αλληλεπίδρασης μειώνονται. Τα σχετικά ηλεκτρονικά λειτουργούν επίσης σε χαμηλότερες τάσεις.
4. Υψηλή πυκνότητα ισχύος. Το φως που μεταδίδεται κατά μήκος του κυματοδηγού περιορίζεται σε έναν μικρό τοπικό χώρο, με αποτέλεσμα υψηλή οπτική πυκνότητα ισχύος, η οποία είναι εύκολο να επιτευχθεί στα απαραίτητα όρια λειτουργίας της συσκευής και να λειτουργήσει με μη γραμμικά οπτικά εφέ.
5. Τα ενσωματωμένα οπτικά συστήματα ενσωματώνονται γενικά σε ένα υπόστρωμα κλίμακας εκατοστού, το οποίο είναι μικρό σε μέγεθος και ελαφρύ 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 ενσωματωμένο οπτικό σύστημα (ενσωματωμένο οπτικό κύκλωμα)· η άλλη σχετίζεται με την οπτική ίνα και τον διηλεκτρικό επίπεδο οπτικό κυματοδηγό που καθοδηγούν το φωτεινό κύμα αντί για σύρμα ή ομοαξονικό καλώδιο για τη μετάδοση του σήματος.
Σε μια ενσωματωμένη οπτική διαδρομή, τα οπτικά στοιχεία σχηματίζονται σε ένα υπόστρωμα πλακιδίων και συνδέονται με οπτικούς κυματοδηγούς που σχηματίζονται μέσα ή πάνω 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 του προβλήματος της σμίκρυνσης 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 ενσωματωμένα οπτικά κυκλώματα περιλαμβάνουν αυξημένο εύρος ζώνης, πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος, μεταγωγή πολυπλεξίας, μικρή απώλεια σύζευξης, μικρό μέγεθος, ελαφρύ βάρος, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, καλή οικονομία προετοιμασίας παρτίδας και υψηλή αξιοπιστία. Λόγω των διαφόρων αλληλεπιδράσεων μεταξύ φωτός και ύλης, νέες λειτουργίες συσκευών μπορούν επίσης να υλοποιηθούν χρησιμοποιώντας διάφορα φυσικά φαινόμενα όπως φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, ηλεκτροοπτικό φαινόμενο, ακουστοοπτικό φαινόμενο, μαγνητοοπτικό φαινόμενο, θερμοοπτικό φαινόμενο και ούτω καθεξής στη σύνθεση της ολοκληρωμένης οπτικής διαδρομής.
2. Έρευνα και εφαρμογή ολοκληρωμένης οπτικής
Η ολοκληρωμένη οπτική χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους τομείς όπως η βιομηχανία, ο στρατός και η οικονομία, αλλά χρησιμοποιείται κυρίως στις ακόλουθες πτυχές:
1. Δίκτυα επικοινωνίας και οπτικών ινών
Οι οπτικά ολοκληρωμένες συσκευές είναι το βασικό υλικό για την υλοποίηση δικτύων οπτικών επικοινωνιών υψηλής ταχύτητας και μεγάλης χωρητικότητας, συμπεριλαμβανομένης της πηγής λέιζερ ενσωματωμένης υψηλής ταχύτητας απόκρισης, του πολυπλέκτη διαίρεσης πυκνού μήκους κύματος σε διάταξη πλέγματος κυματοδηγού, του ενσωματωμένου φωτοανιχνευτή στενής ζώνης απόκρισης, του μετατροπέα μήκους κύματος δρομολόγησης, του οπτικού πίνακα μεταγωγής γρήγορης απόκρισης, του διαχωριστή δέσμης κυματοδηγού πολλαπλής πρόσβασης χαμηλής απώλειας και ούτω καθεξής.
2. Φωτονικός υπολογιστής
Ο λεγόμενος φωτονικός υπολογιστής 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 επηρεάζονται μεταξύ τους, γεγονός που έχει την έμφυτη ικανότητα μεγάλης παράλληλης επεξεργασίας. Ο φωτονικός υπολογιστής έχει επίσης τα πλεονεκτήματα της μεγάλης χωρητικότητας αποθήκευσης πληροφοριών, της ισχυρής ικανότητας αντι-παρεμβολής, των χαμηλών απαιτήσεων για περιβαλλοντικές συνθήκες και της ισχυρής ανοχής σφαλμάτων. Τα πιο βασικά λειτουργικά εξαρτήματα των φωτονικών υπολογιστών είναι οι ενσωματωμένοι οπτικοί διακόπτες και τα ενσωματωμένα οπτικά λογικά εξαρτήματα.
3. Άλλες εφαρμογές, όπως επεξεργαστής οπτικών πληροφοριών, αισθητήρας οπτικών ινών, αισθητήρας σχάρας ινών, γυροσκόπιο οπτικών ινών, κ.λπ.
Ώρα δημοσίευσης: 28 Ιουνίου 2023