Cos'è l'ottica integrata?

Il concetto di ottica integrata è stato avanzato dal Dr. Miller dei Bell Laboratories nel 1969. L'ottica integrata è un nuovo argomento che studia e sviluppa dispositivi ottici e sistemi di dispositivi elettronici ottici ibridi utilizzando metodi integrati sulla base dell'optoelettronica e della microelettronica. La base teorica dell'ottica integrata è l'ottica e l'optoelettronica, che coinvolge l'ottica ondulatoria e l'ottica dell'informazione, l'ottica non lineare, l'optoelettronica dei semiconduttori, l'ottica cristallina, l'ottica a film sottile, l'ottica a onde guidate, la modalità accoppiata e la teoria dell'interazione parametrica, dispositivi e sistemi di guida d'onda ottica a film sottile. La base tecnologica è costituita principalmente dalla tecnologia a film sottile e dalla tecnologia microelettronica. Il campo di applicazione dell'ottica integrata è molto ampio, oltre alla comunicazione in fibra ottica, alla tecnologia di rilevamento della fibra ottica, all'elaborazione delle informazioni ottiche, al computer ottico e all'archiviazione ottica, ci sono altri campi, come la ricerca sulla scienza dei materiali, gli strumenti ottici, la ricerca spettrale.

Innanzitutto, vantaggi ottici integrati

1. Confronto con sistemi di dispositivi ottici discreti

Il dispositivo ottico discreto è un tipo di dispositivo ottico fissato su una grande piattaforma o base ottica per formare un sistema ottico. La dimensione del sistema è dell'ordine di 1 m2 e lo spessore della trave è di circa 1 cm. Oltre alle sue grandi dimensioni, anche il montaggio e la regolazione sono più difficili. Il sistema ottico integrato presenta i seguenti vantaggi:

1. Le onde luminose si propagano nelle guide d'onda ottiche e le onde luminose sono facili da controllare e mantenere la loro energia.

2. L’integrazione porta ad un posizionamento stabile. Come accennato in precedenza, l'ottica integrata prevede di realizzare diversi dispositivi sullo stesso substrato, quindi non ci sono problemi di assemblaggio che hanno le ottiche discrete, in modo che la combinazione possa essere stabile, in modo che sia anche più adattabile a fattori ambientali come vibrazioni e temperatura .

(3) Le dimensioni del dispositivo e la durata dell'interazione sono ridotte; Anche l'elettronica associata funziona a tensioni inferiori.

4. Alta densità di potenza. La luce trasmessa lungo la guida d'onda è confinata in un piccolo spazio locale, determinando un'elevata densità di potenza ottica, che consente di raggiungere facilmente le soglie operative necessarie del dispositivo e di lavorare con effetti ottici non lineari.

5. l'ottica integrata è generalmente integrata su un substrato su scala centimetrica, di piccole dimensioni e leggero.

2. Confronto con i circuiti integrati

I vantaggi dell'integrazione ottica possono essere suddivisi in due aspetti, uno è sostituire il sistema elettronico integrato (circuito integrato) con il sistema ottico integrato (circuito ottico integrato); L'altro è legato alla fibra ottica e alla guida d'onda ottica del piano dielettrico che guida l'onda luminosa invece del filo o del cavo coassiale per trasmettere il segnale.

In un percorso ottico integrato, gli elementi ottici sono formati su un substrato di wafer e collegati da guide d'onda ottiche formate all'interno o sulla superficie del substrato. Il percorso ottico integrato, che integra elementi ottici sullo stesso substrato sotto forma di film sottile, è un modo importante per risolvere la miniaturizzazione del sistema ottico originale e migliorare le prestazioni complessive. Il dispositivo integrato presenta i vantaggi di dimensioni ridotte, prestazioni stabili e affidabili, alta efficienza, basso consumo energetico e facilità d'uso.

In generale, i vantaggi derivanti dalla sostituzione dei circuiti integrati con circuiti ottici integrati includono maggiore larghezza di banda, multiplexing a divisione di lunghezza d'onda, commutazione multiplex, piccola perdita di accoppiamento, dimensioni ridotte, leggerezza, basso consumo energetico, buona economia nella preparazione dei batch ed elevata affidabilità. A causa delle diverse interazioni tra luce e materia, è possibile realizzare nuove funzioni del dispositivo anche utilizzando vari effetti fisici come l'effetto fotoelettrico, l'effetto elettro-ottico, l'effetto acusto-ottico, l'effetto magneto-ottico, l'effetto termo-ottico e così via. la composizione del percorso ottico integrato.

2. Ricerca e applicazione dell'ottica integrata

L'ottica integrata trova largo impiego in diversi ambiti quali l'industria, il militare e l'economia, ma trova impiego principalmente nei seguenti ambiti:

1. Comunicazioni e reti ottiche

I dispositivi ottici integrati sono l'hardware chiave per realizzare reti di comunicazione ottica ad alta velocità e grande capacità, tra cui sorgente laser integrata con risposta ad alta velocità, multiplexer a divisione di lunghezza d'onda densa con griglia di guida d'onda, fotorivelatore integrato con risposta a banda stretta, convertitore di lunghezza d'onda di instradamento, matrice di commutazione ottica a risposta rapida, separatore di fascio per guida d'onda ad accesso multiplo a bassa perdita e così via.

2. Computer fotonico

Il cosiddetto computer fotonico è un computer che utilizza la luce come mezzo di trasmissione delle informazioni. I fotoni sono bosoni, che non hanno carica elettrica, e i raggi luminosi possono passare paralleli o incrociarsi senza influenzarsi a vicenda, il che ha la capacità innata di una grande elaborazione parallela. Il computer fotonico presenta anche i vantaggi di una grande capacità di archiviazione delle informazioni, una forte capacità anti-interferenza, bassi requisiti per le condizioni ambientali e una forte tolleranza ai guasti. I componenti funzionali più elementari dei computer fotonici sono interruttori ottici integrati e componenti logici ottici integrati.

3. Altre applicazioni, come processore di informazioni ottiche, sensore a fibra ottica, sensore a reticolo in fibra, giroscopio a fibra ottica, ecc.