อินทิเกรตออปติกส์คืออะไร?

แนวคิดของออปติกแบบบูรณาการถูกเสนอโดยดร. มิลเลอร์แห่งห้องปฏิบัติการเบลล์ในปี 1969 ออปติกแบบบูรณาการเป็นหัวข้อใหม่ที่ศึกษาและพัฒนาอุปกรณ์ออปติกและระบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ออปติกไฮบริดโดยใช้วิธีการแบบบูรณาการบนพื้นฐานของออปโตอิเล็กทรอนิกส์และไมโครอิเล็กทรอนิกส์ พื้นฐานทางทฤษฎีของออปติกแบบบูรณาการคือออปติกและออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับออปติกแบบคลื่นและออปติกข้อมูล ออปติกแบบไม่เชิงเส้น ออปโตอิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ ออปติกคริสตัล ออปติกฟิล์มบาง ออปติกคลื่นนำทาง โหมดคู่ขนานและทฤษฎีปฏิสัมพันธ์แบบพารามิเตอร์ อุปกรณ์และระบบท่อนำแสงแบบฟิล์มบาง พื้นฐานทางเทคโนโลยีส่วนใหญ่เป็นเทคโนโลยีฟิล์มบางและเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ สาขาการใช้งานของออปติกแบบบูรณาการนั้นกว้างมาก นอกเหนือจากการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง เทคโนโลยีการตรวจจับใยแก้วนำแสง การประมวลผลข้อมูลออปติก คอมพิวเตอร์ออปติกและที่เก็บข้อมูลแบบออปติกแล้ว ยังมีสาขาอื่นๆ เช่น การวิจัยวัสดุศาสตร์ เครื่องมือออปติก การวิจัยสเปกตรัม

ประการแรก ข้อดีด้านออปติกแบบรวม

1. การเปรียบเทียบกับระบบอุปกรณ์ออปติคัลแบบแยกส่วน

อุปกรณ์ออปติกแบบแยกส่วนเป็นอุปกรณ์ออปติกชนิดหนึ่งที่ติดตั้งบนแพลตฟอร์มขนาดใหญ่หรือฐานออปติกเพื่อสร้างระบบออปติก ขนาดของระบบอยู่ที่ประมาณ 1 ตร.ม. และความหนาของลำแสงอยู่ที่ประมาณ 1 ซม. นอกจากขนาดใหญ่แล้ว การประกอบและการปรับแต่งยังทำได้ยากกว่าอีกด้วย ระบบออปติกแบบรวมมีข้อดีดังต่อไปนี้:

1. คลื่นแสงแพร่กระจายในท่อนำคลื่นแสง และคลื่นแสงสามารถควบคุมและรักษาพลังงานได้ง่าย

2. การผสานรวมทำให้การวางตำแหน่งมีเสถียรภาพ ดังที่กล่าวไปข้างต้น เลนส์แบบผสานรวมคาดว่าจะสร้างอุปกรณ์หลายชิ้นบนซับสเตรตเดียวกัน ดังนั้นจึงไม่มีปัญหาในการประกอบแบบเดียวกับเลนส์แบบแยกชิ้น ดังนั้นการผสมผสานจึงมีเสถียรภาพ จึงปรับตัวเข้ากับปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น การสั่นสะเทือนและอุณหภูมิได้ดีขึ้นด้วย

(3) ขนาดของอุปกรณ์และความยาวการโต้ตอบสั้นลง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องยังทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าอีกด้วย

4. ความหนาแน่นของพลังงานสูง แสงที่ส่งผ่านท่อนำคลื่นจะถูกจำกัดให้อยู่ในพื้นที่เฉพาะที่เล็ก ส่งผลให้มีความหนาแน่นของพลังงานแสงสูง ซึ่งทำให้เข้าถึงเกณฑ์การทำงานของอุปกรณ์ที่จำเป็นได้ง่าย และทำงานกับเอฟเฟกต์แสงที่ไม่เป็นเชิงเส้นได้

5. เลนส์แบบรวมโดยทั่วไปจะรวมเข้ากับพื้นผิวขนาดเซนติเมตร ซึ่งมีขนาดเล็กและมีน้ำหนักเบา

2. การเปรียบเทียบกับวงจรรวม

ข้อดีของการบูรณาการทางแสงสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประการ ประการหนึ่งคือการแทนที่ระบบอิเล็กทรอนิกส์แบบรวม (วงจรรวม) ด้วยระบบออปติกแบบรวม (วงจรออปติกแบบรวม); อีกประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับใยแก้วนำแสงและท่อนำแสงแบบระนาบไดอิเล็กตริกที่นำคลื่นแสงแทนสายหรือสายโคแอกเซียลในการส่งสัญญาณ

ในเส้นทางออปติกแบบบูรณาการ องค์ประกอบออปติกจะถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวเวเฟอร์และเชื่อมต่อด้วยท่อนำแสงที่สร้างขึ้นภายในหรือบนพื้นผิวของพื้นผิว เส้นทางออปติกแบบบูรณาการซึ่งรวมองค์ประกอบออปติกไว้บนพื้นผิวเดียวกันในรูปแบบของฟิล์มบางเป็นวิธีสำคัญในการแก้ปัญหาการย่อขนาดของระบบออปติกดั้งเดิมและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม อุปกรณ์แบบบูรณาการมีข้อดีคือขนาดเล็ก ประสิทธิภาพที่เสถียรและเชื่อถือได้ ประสิทธิภาพสูง กินไฟน้อย และใช้งานง่าย

โดยทั่วไป ข้อดีของการแทนที่วงจรรวมด้วยวงจรออปติกแบบรวม ได้แก่ แบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้น การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น การสลับมัลติเพล็กซ์ การสูญเสียการเชื่อมต่อที่น้อย ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา การใช้พลังงานต่ำ ประหยัดในการเตรียมแบทช์ที่ดี และความน่าเชื่อถือสูง เนื่องมาจากปฏิสัมพันธ์ต่างๆ ระหว่างแสงและสสาร จึงสามารถตระหนักถึงฟังก์ชันอุปกรณ์ใหม่ได้ด้วยการใช้เอฟเฟกต์ทางกายภาพต่างๆ เช่น เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก เอฟเฟกต์อิเล็กโทรออปติก เอฟเฟกต์อะคูสติกออปติก เอฟเฟกต์แมกนีโตออปติก เอฟเฟกต์เทอร์โมออปติก และอื่นๆ ในการจัดองค์ประกอบของเส้นทางออปติกแบบรวม

2. การวิจัยและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีออปติกส์แบบบูรณาการ

เลนส์รวมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลาย ๆ ด้าน เช่น อุตสาหกรรม การทหาร และเศรษฐกิจ แต่ส่วนใหญ่จะใช้ในแง่มุมต่อไปนี้:

1.เครือข่ายการสื่อสารและออปติก

อุปกรณ์รวมแสงเป็นฮาร์ดแวร์หลักในการสร้างเครือข่ายการสื่อสารออปติกความเร็วสูงและความจุขนาดใหญ่ ซึ่งรวมถึงแหล่งเลเซอร์รวมตอบสนองความเร็วสูง, มัลติเพล็กเซอร์แบ่งความยาวคลื่นหนาแน่นแบบอาร์เรย์เวฟไกด์, เครื่องตรวจจับแสงรวมตอบสนองแบนด์แคบ, ตัวแปลงความยาวคลื่นกำหนดเส้นทาง, เมทริกซ์การสลับแสงตอบสนองรวดเร็ว, ตัวแยกบีมเวฟไกด์เข้าถึงหลายจุดที่มีการสูญเสียต่ำ และอื่นๆ อีกมากมาย

2. คอมพิวเตอร์โฟโตนิกส์

คอมพิวเตอร์โฟตอนเป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้แสงเป็นสื่อกลางในการส่งข้อมูล โฟตอนเป็นโบซอนซึ่งไม่มีประจุไฟฟ้า และลำแสงสามารถผ่านแบบขนานหรือข้ามกันได้โดยไม่กระทบกัน ซึ่งมีความสามารถโดยธรรมชาติในการประมวลผลแบบขนานที่ยอดเยี่ยม นอกจากนี้ คอมพิวเตอร์โฟตอนยังมีข้อได้เปรียบของความจุในการจัดเก็บข้อมูลขนาดใหญ่ ความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่ง ความต้องการต่ำสำหรับสภาพแวดล้อม และความทนทานต่อความผิดพลาดสูง ส่วนประกอบการทำงานพื้นฐานที่สุดของคอมพิวเตอร์โฟตอนคือสวิตช์ออปติกในตัวและส่วนประกอบลอจิกออปติกในตัว

3. การใช้งานอื่น ๆ เช่น โปรเซสเซอร์ข้อมูลออปติคัล เซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติก เซ็นเซอร์ไฟเบอร์เกรตติ้ง ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติก ฯลฯ