Que é a óptica integrada?

O concepto de óptica integrada foi presentado 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 inclúe a óptica de ondas e a óptica da información, a óptica non lineal, a optoelectrónica de semicondutores, a óptica de cristal, a óptica de película fina, a óptica de onda guiada, a teoría de modo acoplado e a interacción paramétrica, 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, tecnoloxía de detección de fibra óptica, procesamento de información óptica, ordenador óptico e almacenamento óptico, hai outros campos, como a investigación en ciencia de materiais, instrumentos ópticos, investigación espectral.

En primeiro lugar, vantaxes ópticas integradas

1. Comparación con sistemas de dispositivos ópticos discretos

O dispositivo óptico discreto é un tipo de dispositivo óptico fixado nunha gran plataforma ou base óptica para formar un sistema óptico. O tamaño do sistema é da orde de 1 m2 e o grosor da viga 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 luminosas propáganse en guías de ondas ópticas, e as ondas luminosas son fáciles de controlar e manter a súa enerxía.

2. A integración trae un posicionamento estable. Como se mencionou anteriormente, a óptica integrada prevé fabricar varios dispositivos nun mesmo substrato, polo que non hai problemas de montaxe que teñen as ópticas discretas, para que a combinación poida ser estable, para que tamén sexa máis adaptable a factores ambientais como vibracións e temperatura. .

(3) O tamaño do dispositivo e a lonxitude da interacción acúrtanse; A electrónica asociada tamén funciona 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, que é fácil de alcanzar os limiares de funcionamento do dispositivo necesario e traballar con efectos ópticos non lineais.

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

2. Comparación con 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 luminosa en lugar de fío ou cable coaxial para transmitir o sinal.

Nun camiño óptico integrado, os elementos ópticos fórmanse sobre un substrato de oblea e están conectados por guías de ondas ópticas formadas dentro ou na superficie do substrato. O camiño óptico integrado, que integra elementos ópticos no mesmo substrato en forma de película delgada, é unha forma importante de resolver a miniaturización do sistema óptico orixinal e mellorar o rendemento xeral. O dispositivo integrado ten as vantaxes de tamaño pequeno, rendemento estable e fiable, alta eficiencia, baixo consumo de enerxía e fácil uso.

En xeral, as vantaxes de substituír circuítos integrados por circuítos ópticos integrados inclúen un maior ancho de banda, multiplexación por división de lonxitude de onda, conmutación múltiplex, pequena perda de acoplamento, tamaño pequeno, 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 do dispositivo empregando varios efectos físicos como o efecto fotoeléctrico, o efecto electro-óptico, o efecto acústico-óptico, o efecto magneto-óptico, o efecto termo-óptico, etc. a composición do camiño óptico integrado.

2. Investigación e aplicación da óptica integrada

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

1. Comunicacións e redes ópticas

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

2. Ordenador fotónico

O chamado ordenador fotónico é un ordenador que utiliza a luz como medio de transmisión da información. Os fotóns son bosóns, que non teñen carga eléctrica, e os raios de luz poden pasar paralelos 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 anti-interferencia, 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.