El concepto de óptica integrada fue propuesto por el Dr. Miller de Bell Laboratories en 1969. La óptica integrada es un tema nuevo que estudia y desarrolla dispositivos ópticos y sistemas de dispositivos electrónicos ópticos híbridos utilizando métodos integrados basados en la optoelectrónica y la microelectrónica.La base teórica de la óptica integrada es la óptica y la optoelectrónica, que involucra óptica de ondas y óptica de información, óptica no lineal, optoelectrónica de semiconductores, óptica de cristal, óptica de película delgada, óptica de onda guiada, teoría de interacción paramétrica y de modo acoplado, dispositivos y sistemas de guías de ondas ópticas de película delgada.La base tecnológica es principalmente la tecnología de película fina y la tecnología microelectrónica.El campo de aplicación de la óptica integrada es muy amplio, además de la comunicación por fibra óptica, la tecnología de detección de fibra óptica, el procesamiento de información óptica, la computadora óptica y el almacenamiento óptico, existen otros campos, como la investigación en ciencia de materiales, instrumentos ópticos e investigación espectral.
Primero, ventajas ópticas integradas.
1. Comparación con sistemas de dispositivos ópticos discretos
Un dispositivo óptico discreto es un tipo de dispositivo óptico fijado sobre una plataforma grande o base óptica para formar un sistema óptico.El tamaño del sistema es del orden de 1 m2 y el espesor de la viga es de aproximadamente 1 cm.Además de su gran tamaño, el montaje y ajuste también son más difíciles.El sistema óptico integrado tiene las siguientes ventajas:
1. Las ondas de luz se propagan en guías de ondas ópticas y las ondas de luz son fáciles de controlar y mantener su energía.
2. La integración aporta un posicionamiento estable.Como se mencionó anteriormente, la óptica integrada espera realizar varios dispositivos sobre el mismo sustrato, por lo que no hay problemas de ensamblaje que tienen las ópticas discretas, por lo que la combinación puede ser estable, por lo que también es más adaptable a factores ambientales como vibración y temperatura. .
(3) Se acortan el tamaño del dispositivo y la duración de la interacción;La electrónica asociada también funciona con tensiones más bajas.
4. Alta densidad de potencia.La luz transmitida a lo largo de la guía de ondas está confinada a un pequeño espacio local, lo que da como resultado una alta densidad de potencia óptica, que permite alcanzar fácilmente los umbrales operativos necesarios del dispositivo y trabajar con efectos ópticos no lineales.
5. Las ópticas integradas generalmente están integradas en un sustrato de escala centimétrica, que es de tamaño pequeño y liviano.
2. Comparación con circuitos integrados
Las ventajas de la integración óptica se pueden dividir en dos aspectos, uno es reemplazar el sistema electrónico integrado (circuito integrado) con el sistema óptico integrado (circuito óptico integrado);El otro está relacionado con la fibra óptica y la guía de ondas ópticas del plano dieléctrico que guían la onda de luz en lugar de un alambre o cable coaxial para transmitir la señal.
En una trayectoria óptica integrada, los elementos ópticos se forman sobre un sustrato de oblea y se conectan mediante guías de ondas ópticas formadas en el interior o en la superficie del sustrato.La trayectoria óptica integrada, que integra elementos ópticos en el mismo sustrato en forma de película delgada, es una forma importante de resolver la miniaturización del sistema óptico original y mejorar el rendimiento general.El dispositivo integrado tiene las ventajas de tamaño pequeño, rendimiento estable y confiable, alta eficiencia, bajo consumo de energía y fácil uso.
En general, las ventajas de reemplazar los circuitos integrados con circuitos ópticos integrados incluyen mayor ancho de banda, multiplexación por división de longitud de onda, conmutación multiplex, pequeña pérdida de acoplamiento, tamaño pequeño, peso ligero, bajo consumo de energía, buena economía de preparación de lotes y alta confiabilidad.Debido a las diversas interacciones entre la luz y la materia, también se pueden realizar nuevas funciones del dispositivo mediante el uso de diversos efectos físicos, como el efecto fotoeléctrico, el efecto electroóptico, el efecto acústico-óptico, el efecto magnetoóptico, el efecto termoóptico, etc. la composición del camino óptico integrado.
2. Investigación y aplicación de la óptica integrada
La óptica integrada se utiliza ampliamente en diversos campos como la industria, el ejército y la economía, pero se utiliza principalmente en los siguientes aspectos:
1. Redes ópticas y de comunicación
Los dispositivos ópticos integrados son el hardware clave para realizar redes de comunicación óptica de alta velocidad y gran capacidad, incluida una fuente láser integrada de respuesta de alta velocidad, un multiplexor de división de longitud de onda densa de matriz de rejilla de guía de onda, un fotodetector integrado de respuesta de banda estrecha, un convertidor de longitud de onda de enrutamiento, una matriz de conmutación óptica de respuesta rápida, divisor de haz de guía de ondas de acceso múltiple de baja pérdida, etc.
2. Computadora fotónica
La llamada computadora de fotones es una computadora que utiliza la luz como medio de transmisión de información.Los fotones son bosones, que no tienen carga eléctrica, y los haces de luz pueden pasar paralelos o cruzarse sin afectarse entre sí, lo que tiene la capacidad innata de un gran procesamiento paralelo.La computadora fotónica también tiene las ventajas de una gran capacidad de almacenamiento de información, una fuerte capacidad antiinterferente, bajos requisitos de condiciones ambientales y una fuerte tolerancia a fallas.Los componentes funcionales más básicos de las computadoras fotónicas son los interruptores ópticos integrados y los componentes lógicos ópticos integrados.
3. Otras aplicaciones, como procesador de información óptica, sensor de fibra óptica, sensor de rejilla de fibra, giroscopio de fibra óptica, etc.
Hora de publicación: 28 de junio de 2023