O que é óptica integrada?

O conceito de óptica integrada foi proposto pelo Dr. Miller dos Laboratórios Bell em 1969. A óptica integrada é um novo assunto que estuda e desenvolve dispositivos ópticos e sistemas de dispositivos eletrônicos ópticos híbridos usando métodos integrados com base em optoeletrônica e microeletrônica. A base teórica da óptica integrada é óptica e optoeletrônica, envolvendo óptica de onda e óptica de informação, óptica não linear, optoeletrônica de semicondutores, óptica de cristal, óptica de filme fino, óptica de onda guiada, modo acoplado e teoria de interação paramétrica, dispositivos e sistemas de guia de onda ópticos de filme fino. A base tecnológica é principalmente tecnologia de filme fino e tecnologia de microeletrônica. O campo de aplicação da óptica integrada é muito amplo, além de comunicação de fibra óptica, tecnologia de sensoriamento de fibra óptica, processamento de informação óptica, computador óptico e armazenamento óptico, existem outros campos, como pesquisa em ciência de materiais, instrumentos ópticos, pesquisa espectral.

Primeiro, vantagens ópticas integradas

1. Comparação com sistemas de dispositivos ópticos discretos

Dispositivo óptico discreto é um tipo de dispositivo óptico fixado em uma grande plataforma ou base óptica para formar um sistema óptico. O tamanho do sistema é da ordem de 1 m² e a espessura do feixe é de cerca de 1 cm. Além de seu grande tamanho, a montagem e o ajuste também são mais difíceis. O sistema óptico integrado apresenta as seguintes vantagens:

1. As ondas de luz se propagam em guias de ondas ópticas, e as ondas de luz são fáceis de controlar e manter sua energia.

2. A integração proporciona um posicionamento estável. Como mencionado acima, a óptica integrada prevê a fabricação de vários dispositivos no mesmo substrato, eliminando os problemas de montagem encontrados na óptica discreta, permitindo uma combinação estável e, consequentemente, mais adaptável a fatores ambientais, como vibração e temperatura.

(3) O tamanho do dispositivo e o comprimento da interação são reduzidos; A eletrônica associada também opera em tensões mais baixas.

4. Alta densidade de potência. A luz transmitida ao longo do guia de ondas é confinada a um pequeno espaço local, resultando em alta densidade de potência óptica, o que facilita o alcance dos limites operacionais necessários do dispositivo e o trabalho com efeitos ópticos não lineares.

5. A óptica integrada geralmente é integrada em um substrato em escala centimétrica, que é pequeno em tamanho e leve em peso.

2. Comparação com circuitos integrados

As vantagens da integração óptica podem ser divididas em dois aspectos: um é substituir o sistema eletrônico integrado (circuito integrado) pelo sistema óptico integrado (circuito óptico integrado); o outro está relacionado à fibra óptica e ao guia de ondas ópticas do plano dielétrico que guiam a onda de luz em vez de fio ou cabo coaxial para transmitir o sinal.

Em um caminho óptico integrado, os elementos ópticos são formados em um substrato de wafer e conectados por guias de onda ópticos formados dentro ou na superfície do substrato. O caminho óptico integrado, que integra elementos ópticos no mesmo substrato na forma de uma película fina, é uma maneira importante de resolver a miniaturização do sistema óptico original e melhorar o desempenho geral. O dispositivo integrado apresenta as vantagens de tamanho compacto, desempenho estável e confiável, alta eficiência, baixo consumo de energia e fácil utilização.

Em geral, as vantagens da substituição de circuitos integrados por circuitos ópticos integrados incluem maior largura de banda, multiplexação por divisão de comprimento de onda, comutação multiplex, baixa perda de acoplamento, tamanho compacto, peso leve, baixo consumo de energia, boa economia na preparação de lotes e alta confiabilidade. Devido às diversas interações entre luz e matéria, novas funções do dispositivo também podem ser alcançadas utilizando diversos efeitos físicos, como efeito fotoelétrico, efeito eletro-óptico, efeito acústico-óptico, efeito magneto-óptico, efeito termo-óptico, etc., na composição do caminho óptico integrado.

2. Pesquisa e aplicação de óptica integrada

A óptica integrada é amplamente utilizada em vários campos, como indústria, militar e economia, mas é usada principalmente nos seguintes aspectos:

1. Comunicação e redes ópticas

Dispositivos ópticos integrados são o hardware essencial para realizar redes de comunicação óptica de alta velocidade e grande capacidade, incluindo fonte de laser integrada de resposta de alta velocidade, multiplexador de divisão de comprimento de onda denso de matriz de grade de guia de onda, fotodetector integrado de resposta de banda estreita, conversor de comprimento de onda de roteamento, matriz de comutação óptica de resposta rápida, divisor de feixe de guia de onda de acesso múltiplo de baixa perda e assim por diante.

2. Computador fotônico

O chamado computador fotônico é um computador que utiliza a luz como meio de transmissão de informações. Os fótons são bósons, que não possuem carga elétrica, e os feixes de luz podem passar em paralelo ou se cruzar sem afetar uns aos outros, o que os torna inatos para processamento paralelo. O computador fotônico também possui as vantagens de grande capacidade de armazenamento de informações, forte capacidade antiparasitária, baixos requisitos de condições ambientais e alta tolerância a falhas. Os componentes funcionais mais básicos dos computadores fotônicos são interruptores ópticos integrados e componentes lógicos ópticos integrados.

3. Outras aplicações, como processador óptico de informações, sensor de fibra óptica, sensor de rede de fibra, giroscópio de fibra óptica, etc.