Khái niệm quang học tích hợp được Tiến sĩ Miller của Phòng thí nghiệm Bell đưa ra vào năm 1969. Quang học tích hợp là một môn học mới nghiên cứu và phát triển các thiết bị quang học và hệ thống thiết bị điện tử quang học lai sử dụng các phương pháp tích hợp trên cơ sở quang điện tử và vi điện tử. Cơ sở lý thuyết của quang học tích hợp là quang học và quang điện tử, bao gồm quang học sóng và quang học thông tin, quang học phi tuyến, quang điện tử bán dẫn, quang học tinh thể, quang học màng mỏng, quang học sóng dẫn hướng, chế độ ghép đôi và lý thuyết tương tác tham số, các thiết bị và hệ thống ống dẫn sóng quang màng mỏng. Cơ sở công nghệ chủ yếu là công nghệ màng mỏng và công nghệ vi điện tử. Lĩnh vực ứng dụng của quang học tích hợp rất rộng, ngoài truyền thông sợi quang, công nghệ cảm biến sợi quang, xử lý thông tin quang, máy tính quang và lưu trữ quang, còn có các lĩnh vực khác, như nghiên cứu khoa học vật liệu, dụng cụ quang học, nghiên cứu quang phổ.
Đầu tiên, lợi thế quang học tích hợp
1. So sánh với hệ thống thiết bị quang học rời rạc
Thiết bị quang học rời rạc là loại thiết bị quang học được cố định trên một bệ hoặc đế quang lớn để tạo thành một hệ thống quang học. Kích thước của hệ thống khoảng 1m2 và độ dày của dầm khoảng 1cm. Ngoài kích thước lớn, việc lắp ráp và điều chỉnh cũng khó khăn hơn. Hệ thống quang học tích hợp có những ưu điểm sau:
1. Sóng ánh sáng lan truyền trong ống dẫn sóng quang và sóng ánh sáng dễ dàng kiểm soát và duy trì năng lượng của chúng.
2. Tích hợp mang lại định vị ổn định. Như đã đề cập ở trên, quang học tích hợp dự kiến sẽ tạo ra một số thiết bị trên cùng một đế, do đó không có vấn đề lắp ráp như quang học rời rạc, do đó sự kết hợp có thể ổn định, do đó nó cũng thích ứng hơn với các yếu tố môi trường như độ rung và nhiệt độ .
(3) Kích thước thiết bị và thời lượng tương tác được rút ngắn; Các thiết bị điện tử liên quan cũng hoạt động ở điện áp thấp hơn.
4. Mật độ năng lượng cao. Ánh sáng truyền dọc theo ống dẫn sóng bị giới hạn trong một không gian cục bộ nhỏ, dẫn đến mật độ công suất quang cao, dễ dàng đạt đến ngưỡng vận hành thiết bị cần thiết và hoạt động với các hiệu ứng quang phi tuyến.
5. Quang học tích hợp thường được tích hợp trên đế có kích thước centimet, có kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ.
2. So sánh với mạch tích hợp
Ưu điểm của tích hợp quang học có thể được chia thành hai khía cạnh, một là thay thế hệ thống điện tử tích hợp (mạch tích hợp) bằng hệ thống quang học tích hợp (mạch quang tích hợp); Cái còn lại liên quan đến ống dẫn sóng quang học mặt phẳng điện môi và sợi quang dẫn hướng sóng ánh sáng thay vì dây hoặc cáp đồng trục để truyền tín hiệu.
Trong đường quang tích hợp, các phần tử quang được hình thành trên đế bán dẫn và được kết nối bằng các ống dẫn sóng quang được hình thành bên trong hoặc trên bề mặt của đế. Đường quang tích hợp, tích hợp các thành phần quang học trên cùng một chất nền dưới dạng màng mỏng, là một cách quan trọng để giải quyết vấn đề thu nhỏ hệ thống quang học ban đầu và cải thiện hiệu suất tổng thể. Thiết bị tích hợp có ưu điểm là kích thước nhỏ, hiệu suất ổn định và đáng tin cậy, hiệu quả cao, tiêu thụ điện năng thấp và dễ sử dụng.
Nhìn chung, ưu điểm của việc thay thế mạch tích hợp bằng mạch quang tích hợp bao gồm tăng băng thông, ghép kênh phân chia bước sóng, chuyển mạch ghép kênh, suy hao ghép nhỏ, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, tiêu thụ điện năng thấp, tiết kiệm chuẩn bị hàng loạt tốt và độ tin cậy cao. Do sự tương tác khác nhau giữa ánh sáng và vật chất, các chức năng của thiết bị mới cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các hiệu ứng vật lý khác nhau như hiệu ứng quang điện, hiệu ứng quang điện, hiệu ứng quang âm, hiệu ứng quang từ, hiệu ứng quang nhiệt, v.v. thành phần của đường dẫn quang tích hợp.
2. Nghiên cứu và ứng dụng quang học tích hợp
Quang học tích hợp được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, quân sự và kinh tế, nhưng nó chủ yếu được sử dụng trong các khía cạnh sau:
1. Mạng truyền thông và quang học
Các thiết bị tích hợp quang học là phần cứng quan trọng để hiện thực hóa các mạng truyền thông quang học tốc độ cao và dung lượng lớn, bao gồm nguồn laser tích hợp phản hồi tốc độ cao, bộ ghép kênh phân chia bước sóng dày đặc bằng cách tử ống dẫn sóng, bộ tách sóng quang tích hợp đáp ứng băng hẹp, bộ chuyển đổi bước sóng định tuyến, ma trận chuyển mạch quang phản ứng nhanh, bộ chia chùm ống dẫn sóng đa truy cập tổn thất thấp, v.v.
2. Máy tính quang tử
Cái gọi là máy tính photon là một máy tính sử dụng ánh sáng làm phương tiện truyền thông tin. Photon là các boson, không có điện tích và các chùm ánh sáng có thể truyền song song hoặc chéo nhau mà không ảnh hưởng lẫn nhau, điều này có khả năng xử lý song song tuyệt vời. Máy tính quang tử còn có ưu điểm là khả năng lưu trữ thông tin lớn, khả năng chống nhiễu mạnh, yêu cầu thấp về điều kiện môi trường và khả năng chịu lỗi cao. Các thành phần chức năng cơ bản nhất của máy tính quang tử là các bộ chuyển mạch quang tích hợp và các thành phần logic quang tích hợp.
3. Các ứng dụng khác, chẳng hạn như bộ xử lý thông tin quang, cảm biến sợi quang, cảm biến cách tử sợi, con quay hồi chuyển sợi quang, v.v.
Thời gian đăng: 28/06/2023