Koncept integrirane optike je leta 1969 predstavil dr. Miller iz Bell Laboratories. Integrirana optika je nova veda, ki preučuje in razvija optične naprave in hibridne optične elektronske sisteme z uporabo integriranih metod na osnovi optoelektronike in mikroelektronike. Teoretična osnova integrirane optike je optika in optoelektronika, ki vključuje valovno optiko in informacijsko optiko, nelinearno optiko, polprevodniško optoelektroniko, kristalno optiko, tankoplastno optiko, optiko vodenih valov, teorijo sklopljenih načinov in parametričnih interakcij ter tankoplastne optične valovodne naprave in sisteme. Tehnološka osnova je predvsem tehnologija tankih filmov in mikroelektronika. Področje uporabe integrirane optike je zelo široko, poleg komunikacije z optičnimi vlakni, tehnologije zaznavanja optičnih vlaken, obdelave optičnih informacij, optičnih računalnikov in optičnega shranjevanja obstajajo tudi druga področja, kot so raziskave materialov, optični instrumenti in spektralne raziskave.
Prvič, integrirane optične prednosti
1. Primerjava s sistemi diskretnih optičnih naprav
Diskretna optična naprava je vrsta optične naprave, pritrjene na veliko platformo ali optično podlago, ki tvori optični sistem. Velikost sistema je približno 1 m2, debelina žarka pa približno 1 cm. Poleg velike velikosti sta montaža in nastavitev tudi težja. Integrirani optični sistem ima naslednje prednosti:
1. Svetlobni valovi se širijo v optičnih valovodih, svetlobne valove pa je enostavno nadzorovati in vzdrževati njihovo energijo.
2. Integracija prinaša stabilno pozicioniranje. Kot že omenjeno, integrirana optika predvideva izdelavo več naprav na istem substratu, zato ni težav pri sestavljanju, ki jih imajo diskretne optike, zato je kombinacija lahko stabilna in se zato bolj prilagaja okoljskim dejavnikom, kot sta vibracije in temperatura.
(3) Velikost naprave in dolžina interakcije se skrajšata; pripadajoča elektronika deluje tudi pri nižjih napetostih.
4. Visoka gostota moči. Svetloba, ki se prenaša vzdolž valovoda, je omejena na majhen lokalni prostor, kar ima za posledico visoko gostoto optične moči, ki omogoča enostavno doseganje potrebnih pragov delovanja naprave in delo z nelinearnimi optičnimi učinki.
5. integrirana optika je običajno integrirana na centimetrski substrat, ki je majhen in lahek.
2. Primerjava z integriranimi vezji
Prednosti optične integracije lahko razdelimo na dva vidika, prvi je zamenjava integriranega elektronskega sistema (integriranega vezja) z integriranim optičnim sistemom (integriranim optičnim vezjem); drugi je povezan z optičnimi vlakni in dielektričnim ravninskim optičnim valovodom, ki vodita svetlobni val namesto žice ali koaksialnega kabla za prenos signala.
V integrirani optični poti so optični elementi oblikovani na rezinskem substratu in povezani z optičnimi valovodniki, oblikovanimi znotraj ali na površini substrata. Integrirana optična pot, ki integrira optične elemente na istem substratu v obliki tanke plasti, je pomemben način za rešitev miniaturizacije originalnega optičnega sistema in izboljšanje celotne zmogljivosti. Integrirana naprava ima prednosti majhnosti, stabilnega in zanesljivega delovanja, visoke učinkovitosti, nizke porabe energije in enostavne uporabe.
Na splošno so prednosti zamenjave integriranih vezij z integriranimi optičnimi vezji povečana pasovna širina, multipleksiranje z delitevjo valovnih dolžin, multipleksno preklapljanje, majhne izgube sklopke, majhna velikost, majhna teža, nizka poraba energije, dobra ekonomičnost priprave serije in visoka zanesljivost. Zaradi različnih interakcij med svetlobo in snovjo je mogoče nove funkcije naprav uresničiti tudi z uporabo različnih fizikalnih učinkov, kot so fotoelektrični učinek, elektrooptični učinek, akustično-optični učinek, magnetooptični učinek, termooptični učinek in tako naprej, v sestavi integrirane optične poti.
2. Raziskave in uporaba integrirane optike
Integrirana optika se pogosto uporablja na različnih področjih, kot so industrija, vojska in gospodarstvo, vendar se uporablja predvsem v naslednjih vidikih:
1. Komunikacijska in optična omrežja
Optično integrirane naprave so ključna strojna oprema za realizacijo visokohitrostnih in velikozmogljivih optičnih komunikacijskih omrežij, vključno z visokohitrostnim integriranim laserskim virom, multiplekserjem z gosto delitvijo valovnih dolžin z nizom valovodnih rešetk, integriranim fotodetektorjem z ozkopasovnim odzivom, usmerjevalnim pretvornikom valovnih dolžin, hitro odzivno optično preklopno matriko, nizkoizgubnim večkratnim dostopom do valovodnega delilnika žarka in tako naprej.
2. Fotonski računalnik
Tako imenovani fotonski računalnik je računalnik, ki uporablja svetlobo kot medij za prenos informacij. Fotoni so bozoni, ki nimajo električnega naboja, svetlobni žarki pa lahko potekajo vzporedno ali križno, ne da bi vplivali drug na drugega, kar ima prirojeno sposobnost odlične vzporedne obdelave. Fotonski računalnik ima tudi prednosti velike zmogljivosti shranjevanja informacij, močne odpornosti proti motnjam, nizkih zahtev glede okoljskih pogojev in visoke tolerance napak. Najosnovnejše funkcionalne komponente fotonskih računalnikov so integrirana optična stikala in integrirane optične logične komponente.
3. Druge aplikacije, kot so optični informacijski procesor, optični senzor, senzor z vlakneno rešetko, optični giroskop itd.
Čas objave: 28. junij 2023