Que é a óptica integrada?

O concepto de óptica integrada foi proposto polo Dr. Miller dos Laboratorios Bell en 1969. A óptica integrada é unha nova materia que estuda e desenvolve dispositivos ópticos e sistemas de dispositivos electrónicos ópticos híbridos utilizando métodos integrados baseados na optoelectrónica e a microelectrónica. A base teórica da óptica integrada é a óptica e a optoelectrónica, que inclúen a óptica de ondas e a óptica de información, a óptica non lineal, a optoelectrónica de semicondutores, a óptica de cristal, a óptica de película fina, a óptica de ondas guiadas, a teoría da interacción paramétrica e de modo acoplado, os dispositivos e sistemas de guía de ondas ópticas de película fina. A base tecnolóxica é principalmente a tecnoloxía de película fina e a tecnoloxía microelectrónica. O campo de aplicación da óptica integrada é moi amplo; ademais da comunicación por fibra óptica, a tecnoloxía de detección por fibra óptica, o procesamento de información óptica, a informática óptica e o almacenamento óptico, existen outros campos como a investigación en ciencia dos materiais, os instrumentos ópticos e a investigación espectral.

En primeiro lugar, as vantaxes ópticas integradas

1. Comparación con sistemas de dispositivos ópticos discretos

Un dispositivo óptico discreto é un tipo de dispositivo óptico fixado nunha plataforma grande ou base óptica para formar un sistema óptico. O tamaño do sistema é da orde de 1 m2 e o grosor do feixe é de aproximadamente 1 cm. Ademais do seu gran tamaño, a montaxe e o axuste tamén son máis difíciles. O sistema óptico integrado ten as seguintes vantaxes:

1. As ondas de luz propáganse en guías de ondas ópticas e son fáciles de controlar e manter a súa enerxía.

2. A integración proporciona un posicionamento estable. Como se mencionou anteriormente, a óptica integrada pretende fabricar varios dispositivos no mesmo substrato, de xeito que non haxa problemas de montaxe que a óptica discreta teña, de xeito que a combinación poida ser estable, de xeito que tamén sexa máis adaptable a factores ambientais como a vibración e a temperatura.

(3) O tamaño do dispositivo e a lonxitude de interacción acúrtanse; os compoñentes electrónicos asociados tamén funcionan a voltaxes máis baixas.

4. Alta densidade de potencia. A luz transmitida ao longo da guía de ondas está confinada a un pequeno espazo local, o que resulta nunha alta densidade de potencia óptica, o que facilita alcanzar os limiares de funcionamento necesarios do dispositivo e traballar con efectos ópticos non lineais.

5. A óptica integrada xeralmente está integrada nun substrato de escala centimétrica, que é pequeno en tamaño e lixeiro en peso.

2. Comparación cos circuítos integrados

As vantaxes da integración óptica pódense dividir en dous aspectos: un é substituír o sistema electrónico integrado (circuíto integrado) polo sistema óptico integrado (circuíto óptico integrado); o outro está relacionado coa fibra óptica e a guía de ondas ópticas do plano dieléctrico que guían a onda de luz en lugar de fíos ou cables coaxiales para transmitir o sinal.

Nunha ruta óptica integrada, os elementos ópticos fórmanse sobre un substrato de oblea e conéctanse mediante guías de onda ópticas formadas dentro ou na superficie do substrato. A ruta óptica integrada, que integra elementos ópticos no mesmo substrato en forma de película fina, é unha forma importante de resolver a miniaturización do sistema óptico orixinal e mellorar o rendemento xeral. O dispositivo integrado ten as vantaxes dun tamaño pequeno, un rendemento estable e fiable, alta eficiencia, baixo consumo de enerxía e facilidade de uso.

En xeral, as vantaxes de substituír os circuítos integrados por circuítos ópticos integrados inclúen un maior ancho de banda, multiplexación por división de lonxitudes de onda, conmutación multiplex, pequena perda de acoplamento, tamaño reducido, peso lixeiro, baixo consumo de enerxía, boa economía de preparación de lotes e alta fiabilidade. Debido ás diversas interaccións entre a luz e a materia, tamén se poden realizar novas funcións de dispositivos mediante o uso de varios efectos físicos como o efecto fotoeléctrico, o efecto electroóptico, o efecto acustoóptico, o efecto magnetoóptico, o efecto termoóptico, etc. na composición da traxectoria óptica integrada.

2. Investigación e aplicación da óptica integrada

A óptica integrada úsase amplamente en diversos campos como a industria, o exército e a economía, pero utilízase principalmente nos seguintes aspectos:

1. Redes de comunicación e ópticas

Os dispositivos integrados ópticos son o hardware clave para realizar redes de comunicación óptica de alta velocidade e gran capacidade, incluíndo unha fonte láser integrada de resposta de alta velocidade, un multiplexor de división de lonxitudes de onda densa con matriz de reixa de guías de onda, un fotodetector integrado de resposta de banda estreita, un conversor de lonxitudes de onda de enrutamento, unha matriz de conmutación óptica de resposta rápida, un divisor de feixe de guías de onda de acceso múltiple de baixa perda, etc.

2. Computadora fotónica

O chamado ordenador fotónico é un ordenador que usa a luz como medio de transmisión de información. Os fotóns son bosóns, que non teñen carga eléctrica, e os feixes de luz poden pasar en paralelo ou cruzarse sen afectarse entre si, o que ten a capacidade innata dun gran procesamento paralelo. O ordenador fotónico tamén ten as vantaxes dunha gran capacidade de almacenamento de información, unha forte capacidade antiinterferencias, baixos requisitos para as condicións ambientais e unha forte tolerancia a fallos. Os compoñentes funcionais máis básicos dos ordenadores fotónicos son os interruptores ópticos integrados e os compoñentes lóxicos ópticos integrados.

3. Outras aplicacións, como procesador de información óptica, sensor de fibra óptica, sensor de reixa de fibra, xiroscopio de fibra óptica, etc.