Integreeritud optika kontseptsiooni pakkus välja dr Miller Bell Laboratoriesist 1969. aastal. Integreeritud optika on uus valdkond, mis uurib ja arendab optilisi seadmeid ja hübriidseid optilisi elektroonikaseadmete süsteeme, kasutades integreeritud meetodeid optoelektroonika ja mikroelektroonika baasil. Integreeritud optika teoreetiliseks aluseks on optika ja optoelektroonika, mis hõlmab laineoptikat ja infooptikat, mittelineaarset optikat, pooljuhtide optoelektroonikat, kristalloptikat, õhukese kile optikat, juhitava laine optikat, sidestatud moodi ja parameetrilise interaktsiooni teooriat, õhukese kile optilisi lainejuhtseadmeid ja -süsteeme. Tehnoloogiline alus on peamiselt õhukese kile tehnoloogia ja mikroelektroonika tehnoloogia. Integreeritud optika rakendusvaldkond on väga lai, lisaks optilise kiu sidele, optilise kiu sensoritehnoloogiale, optilisele infotöötlusele, optilistele arvutitele ja optilisele salvestusele on ka teisi valdkondi, näiteks materjaliteaduse uuringud, optilised instrumendid, spektraaluuringud.
Esiteks, integreeritud optilised eelised
1. Võrdlus diskreetsete optiliste seadmete süsteemidega
Diskreetne optiline seade on optilise süsteemi moodustamiseks suurele platvormile või optilisele alusele kinnitatud optiline seade. Süsteemi suurus on umbes 1 m2 ja kiire paksus on umbes 1 cm. Lisaks suurele suurusele on seda ka keerulisem kokku panna ja reguleerida. Integreeritud optilisel süsteemil on järgmised eelised:
1. Valguslained levivad optilistes lainejuhtides ning valguslaineid on lihtne kontrollida ja nende energiat säilitada.
2. Integreerimine tagab stabiilse positsioneerimise. Nagu eespool mainitud, eeldatakse integreeritud optika puhul mitme seadme loomist samale aluspinnale, seega puuduvad diskreetse optikaga sarnased montaažiprobleemid, mistõttu kombinatsioon võib olla stabiilne ja paremini kohandatav keskkonnateguritele, nagu vibratsioon ja temperatuur.
(3) Seadme suurus ja interaktsiooni pikkus on lühemad; Ka seotud elektroonika töötab madalamatel pingetel.
4. Suur võimsustihedus. Lainejuhi kaudu edastatav valgus piirdub väikese lokaalse ruumiga, mille tulemuseks on suur optiline võimsustihedus, mis hõlbustab vajalike seadme töökünniste saavutamist ja mittelineaarsete optiliste efektidega töötamist.
5. Integreeritud optika on üldiselt integreeritud sentimeetri skaalaga aluspinnale, mis on väikese suurusega ja kerge.
2. Võrdlus integraallülitustega
Optilise integratsiooni eelised võib jagada kahte aspekti: üks on integreeritud elektroonilise süsteemi (integraallülituse) asendamine integreeritud optilise süsteemiga (integraallülitusega); teine on seotud optilise kiu ja dielektrilise tasapinnalise optilise lainejuhiga, mis juhib valguslainet traadi või koaksiaalkaabli asemel signaali edastamiseks.
Integreeritud optilises tees on optilised elemendid moodustatud vahvelaluspinnale ja ühendatud aluspinna sisse või pinnale moodustatud optiliste lainejuhtidega. Integreeritud optiline tee, mis integreerib optilised elemendid samale aluspinnale õhukese kile kujul, on oluline viis algse optilise süsteemi miniaturiseerimiseks ja üldise jõudluse parandamiseks. Integreeritud seadme eelised on väike suurus, stabiilne ja usaldusväärne jõudlus, kõrge efektiivsus, väike energiatarve ja lihtne kasutamine.
Üldiselt hõlmavad integraallülituste asendamine integreeritud optiliste vooluahelatega eeliseid suurenenud ribalaiust, lainepikkuse jagamise multipleksimist, multiplekslülitamist, väikest sidestuskaotust, väikest suurust, kerget kaalu, väikest energiatarbimist, head partii ettevalmistamise ökonoomsust ja suurt töökindlust. Tänu valguse ja aine erinevatele vastastikmõjudele saab uusi seadme funktsioone realiseerida ka mitmesuguste füüsikaliste efektide, näiteks fotoelektrilise efekti, elektrooptilise efekti, akustilis-optilise efekti, magnetooptilise efekti, termooptilise efekti jms abil integreeritud optilise tee koostises.
2. Integreeritud optika uurimine ja rakendamine
Integreeritud optikat kasutatakse laialdaselt erinevates valdkondades, näiteks tööstuses, sõjaväes ja majanduses, kuid seda kasutatakse peamiselt järgmistes aspektides:
1. Side- ja optilised võrgud
Optilised integreeritud seadmed on võtmeriistvara kiirete ja suure mahutavusega optiliste sidevõrkude realiseerimiseks, sealhulgas kiire reageerimisega integreeritud laserallikas, lainejuhtvõre massiivi tiheda lainepikkuse jagamise multiplekser, kitsaribalise reageerimisega integreeritud fotodetektor, marsruudi lainepikkuse muundur, kiire reageerimisega optiline lülitusmaatriks, väikese kadudega mitmekordse juurdepääsuga lainejuhtkiire jagaja jne.
2. Fotooniline arvuti
Nn footonarvuti on arvuti, mis kasutab informatsiooni edastamise vahendina valgust. Footonid on bosonid, millel puudub elektrilaeng ja valguskiired võivad läbida paralleelselt või ristuvalt üksteist mõjutamata, millel on kaasasündinud võime teha suurepärast paralleelset töötlemist. Footonarvutil on ka eelised suure infosalvestusmahu, tugeva häiretevastase võime, madalad keskkonnanõuded ja tugeva rikketaluvuse poolest. Footonarvutite kõige põhilisemad funktsionaalsed komponendid on integreeritud optilised lülitid ja integreeritud optilised loogikakomponendid.
3. Muud rakendused, näiteks optiline infoprotsessor, fiiberoptiline andur, fiibervõreandur, fiiberoptiline güroskoop jne.
Postituse aeg: 28. juuni 2023