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 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 tính, quang điện tử bán dẫn, quang học tinh thể, quang học màng mỏng, quang học sóng dẫn hướng, lý thuyết tương tác tham số và chế độ ghép nối, 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 học, máy tính quang học và lưu trữ quang học, còn có các lĩnh vực khác, chẳng hạn 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 các hệ thống thiết bị quang học rời rạc
Thiết bị quang học rời rạc là một loại thiết bị quang học được cố định trên một bệ hoặc đế quang học lớn để tạo thành một hệ thống quang học. Kích thước của hệ thống vào khoảng 1m2, độ dày của chùm tia 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 học và sóng ánh sáng dễ kiểm soát và duy trì năng lượng của chúng.
2. Tích hợp mang lại vị trí ổn định. Như đã đề cập ở trên, quang học tích hợp dự kiến sẽ tạo ra nhiều thiết bị trên cùng một đế, do đó không gặp vấn đề lắp ráp như quang học rời rạc, nhờ đó sự kết hợp có thể ổn định và cũng thích ứng tốt hơn với các yếu tố môi trường như độ rung và nhiệt độ.
(3) Kích thước thiết bị và độ dài tương tác được rút ngắn; Các thiết bị điện tử liên quan cũng hoạt động ở điện áp thấp hơn.
4. Mật độ công suất cao. Ánh sáng truyền dọc theo ống dẫn sóng được giới hạn trong một không gian cục bộ nhỏ, tạo ra mật độ công suất quang cao, dễ dàng đạt đến ngưỡng hoạt động cần thiết của thiết bị và hoạt động với các hiệu ứng quang học phi tuyến tính.
5. Quang học tích hợp thường được tích hợp trên một 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 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); khía cạnh còn lại liên quan đến sợi quang và ống dẫn sóng quang mặt phẳng điện môi dẫn sóng ánh sáng thay vì dây hoặc cáp đồng trục để truyền tín hiệu.
Trong đường dẫn quang tích hợp, các thành phần quang học được tạo thành trên một đế wafer và được kết nối bằng các ống dẫn sóng quang được tạo thành bên trong hoặc trên bề mặt đế. Đường dẫn quang tích hợp, tích hợp các thành phần quang học trên cùng một đế dưới dạng màng mỏng, là một phương pháp 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 suất cao, tiêu thụ điện năng thấp và dễ sử dụng.
Nhìn chung, những ưu điểm của việc thay thế mạch tích hợp bằng mạch quang tích hợp bao gồm băng thông rộng hơn, ghép kênh phân chia bước sóng, chuyển mạch ghép kênh, suy hao ghép nối nhỏ, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, tiêu thụ điện năng thấp, tiết kiệm chi phí chuẩn bị mẻ và độ tin cậy cao. Nhờ các tương tác đa dạng giữa ánh sáng và vật chất, các chức năng thiết bị mới cũng có thể được hiện thực hóa 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. trong 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 nhiều lĩnh vực như công nghiệp, quân sự và kinh tế, nhưng chủ yếu được sử dụng trong các khía cạnh sau:
1. Mạng truyền thông và quang học
Thiết bị tích hợp quang là phần cứng quan trọng để hiện thực hóa mạng truyền thông quang 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 mảng dẫn sóng, bộ tách sóng quang tích hợp phản hồi băng hẹp, bộ chuyển đổi bước sóng định tuyến, ma trận chuyển mạch quang phản hồi nhanh, bộ chia chùm tia dẫn sóng truy cập đa tần có độ suy hao thấp, v.v.
2. Máy tính quang tử
Máy tính quang tử là máy tính sử dụng ánh sáng làm môi trường truyền tải thông tin. Photon là các boson không mang điện tích, các chùm sáng có thể đi song song hoặc cắt nhau mà không ảnh hưởng lẫn nhau, sở hữu khả năng xử lý song song tuyệt vời. Máy tính quang tử cũng có ưu điểm là dung lượng 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 học, cảm biến sợi quang, cảm biến mạng sợi quang, con quay hồi chuyển sợi quang, v.v.
Thời gian đăng: 28-06-2023