เลนส์รวมคืออะไร?

แนวคิดเรื่องทัศนศาสตร์แบบบูรณาการได้รับการหยิบยกขึ้นมาโดย Dr. Miller จาก Bell Laboratories ในปี 1969 เลนส์แบบบูรณาการเป็นวิชาใหม่ที่ศึกษาและพัฒนาอุปกรณ์เกี่ยวกับแสงและระบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกี่ยวกับแสงแบบไฮบริดโดยใช้วิธีการบูรณาการบนพื้นฐานของออปโตอิเล็กทรอนิกส์และไมโครอิเล็กทรอนิกส์ พื้นฐานทางทฤษฎีของทัศนศาสตร์แบบบูรณาการคือ เลนส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับทัศนศาสตร์คลื่นและทัศนศาสตร์สารสนเทศ เลนส์ไม่เชิงเส้น ออปโตอิเล็กทรอนิกส์แบบเซมิคอนดักเตอร์ เลนส์คริสตัล เลนส์ฟิล์มบาง เลนส์คลื่นนำ โหมดคู่และทฤษฎีปฏิสัมพันธ์แบบพาราเมตริก อุปกรณ์และระบบท่อนำคลื่นแสงแบบฟิล์มบาง พื้นฐานทางเทคโนโลยีส่วนใหญ่เป็นเทคโนโลยีฟิล์มบางและเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ขอบเขตการใช้งานของออพติกแบบบูรณาการนั้นกว้างมาก นอกเหนือจากการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง เทคโนโลยีการตรวจจับใยแก้วนำแสง การประมวลผลข้อมูลออปติคัล คอมพิวเตอร์ออปติคัลและการจัดเก็บข้อมูลแบบออปติคัล ยังมีสาขาอื่น ๆ เช่นการวิจัยด้านวัสดุศาสตร์ เครื่องมือทางแสง การวิจัยสเปกตรัม

ประการแรก ข้อดีด้านแสงแบบรวม

1. การเปรียบเทียบกับระบบอุปกรณ์ออปติคัลแบบแยก

อุปกรณ์ออพติคัลแบบแยกเป็นอุปกรณ์ออพติคัลประเภทหนึ่งที่ติดตั้งอยู่บนแพลตฟอร์มขนาดใหญ่หรือฐานออปติคัลเพื่อสร้างระบบออปติคัล ขนาดของระบบอยู่ที่ 1 ตร.ม. และความหนาของคานประมาณ 1 ซม. นอกจากขนาดที่ใหญ่แล้ว การประกอบและการปรับแต่งยังยากกว่าอีกด้วย ระบบออปติคอลในตัวมีข้อดีดังต่อไปนี้:

1. คลื่นแสงแพร่กระจายในท่อนำคลื่นแสง และคลื่นแสงจึงควบคุมและรักษาพลังงานได้ง่าย

2. การบูรณาการทำให้เกิดตำแหน่งที่มั่นคง ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ออพติคแบบรวมคาดว่าจะสร้างอุปกรณ์หลายตัวบนพื้นผิวเดียวกัน ดังนั้นจึงไม่มีปัญหาในการประกอบแบบออปติกแบบแยก ดังนั้นการรวมกันจึงมีความเสถียร เพื่อให้สามารถปรับตัวเข้ากับปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น การสั่นสะเทือนและอุณหภูมิได้มากขึ้น .

(3) ขนาดอุปกรณ์และระยะเวลาในการโต้ตอบจะสั้นลง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องยังทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าอีกด้วย

4. ความหนาแน่นของพลังงานสูง แสงที่ส่งผ่านท่อนำคลื่นถูกจำกัดอยู่ในพื้นที่เล็กๆ ส่งผลให้มีความหนาแน่นของพลังงานแสงสูง ซึ่งง่ายต่อการเข้าถึงเกณฑ์การทำงานของอุปกรณ์ที่จำเป็น และทำงานกับเอฟเฟกต์แสงแบบไม่เชิงเส้น

5. เลนส์แบบรวมโดยทั่วไปจะรวมอยู่บนพื้นผิวขนาดเซนติเมตร ซึ่งมีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา

2. การเปรียบเทียบกับวงจรรวม

ข้อดีของการรวมแสงสามารถแบ่งออกเป็นสองด้าน หนึ่งคือการแทนที่ระบบอิเล็กทรอนิกส์รวม (วงจรรวม) ด้วยระบบแสงรวม (วงจรแสงรวม); อีกประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับใยแก้วนำแสงและท่อนำคลื่นแสงระนาบไดอิเล็กทริกที่นำทางคลื่นแสงแทนการใช้สายไฟหรือสายโคแอกเซียลในการส่งสัญญาณ

ในเส้นทางแสงแบบรวม องค์ประกอบทางแสงจะถูกสร้างขึ้นบนซับสเตรตเวเฟอร์และเชื่อมต่อกันด้วยท่อนำคลื่นแสงที่เกิดขึ้นภายในหรือบนพื้นผิวของซับสเตรต เส้นทางแสงแบบรวมซึ่งรวมองค์ประกอบทางแสงไว้บนพื้นผิวเดียวกันในรูปแบบของฟิล์มบาง เป็นวิธีสำคัญในการแก้ปัญหาการย่อขนาดของระบบออปติคัลดั้งเดิมและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวม อุปกรณ์แบบรวมมีข้อดีคือมีขนาดเล็ก ประสิทธิภาพการทำงานที่มั่นคงและเชื่อถือได้ ประสิทธิภาพสูง ใช้พลังงานต่ำ และใช้งานง่าย

โดยทั่วไป ข้อดีของการเปลี่ยนวงจรรวมด้วยวงจรออปติกรวม ได้แก่ แบนด์วิธที่เพิ่มขึ้น การแบ่งมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่น การสลับมัลติเพล็กซ์ การสูญเสียการเชื่อมต่อเล็กน้อย ขนาดที่เล็ก น้ำหนักเบา การใช้พลังงานต่ำ การประหยัดในการเตรียมแบทช์ที่ดี และความน่าเชื่อถือสูง เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ที่หลากหลายระหว่างแสงและสสาร ฟังก์ชั่นใหม่ของอุปกรณ์ยังสามารถเกิดขึ้นได้โดยใช้ผลกระทบทางกายภาพต่างๆ เช่น เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก เอฟเฟกต์แสงไฟฟ้า เอฟเฟกต์แสงอะคูสติก เอฟเฟกต์แสงแม๊กนีโต เอฟเฟกต์เทอร์โมออปติคัล และอื่นๆ องค์ประกอบของเส้นทางแสงแบบรวม

2. การวิจัยและการประยุกต์ใช้ออพติกแบบบูรณาการ

เลนส์แบบบูรณาการมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เช่น อุตสาหกรรม การทหาร และเศรษฐกิจ แต่ส่วนใหญ่จะใช้ในด้านต่อไปนี้:

1. การสื่อสารและเครือข่ายออปติก

อุปกรณ์บูรณาการแบบออปติคัลเป็นฮาร์ดแวร์หลักในเครือข่ายการสื่อสารแบบออปติกที่มีความเร็วสูงและความจุขนาดใหญ่ รวมถึงแหล่งกำเนิดเลเซอร์แบบบูรณาการที่ตอบสนองต่อความเร็วสูง, มัลติเพล็กเซอร์การแบ่งความยาวคลื่นหนาแน่นแบบตะแกรงนำคลื่น, เครื่องตรวจจับแสงแบบรวมการตอบสนองแบบแนร์โรว์แบนด์, ตัวแปลงความยาวคลื่นการกำหนดเส้นทาง, เมทริกซ์การสลับแสงแบบตอบสนองที่รวดเร็ว การสูญเสียต่ำหลายตัวแยกลำแสงท่อนำคลื่นเข้าถึงและอื่น ๆ

2. คอมพิวเตอร์โฟโตนิก

สิ่งที่เรียกว่าคอมพิวเตอร์โฟตอนคือคอมพิวเตอร์ที่ใช้แสงเป็นสื่อกลางในการส่งข้อมูล โฟตอนคือโบซอนซึ่งไม่มีประจุไฟฟ้า และลำแสงสามารถส่งผ่านแบบขนานหรือข้ามได้โดยไม่ส่งผลกระทบซึ่งกันและกัน ซึ่งมีความสามารถในการประมวลผลแบบขนานที่ดีเยี่ยมโดยธรรมชาติ คอมพิวเตอร์โฟโตนิกยังมีข้อดีคือความจุข้อมูลขนาดใหญ่ ความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่ง ข้อกำหนดสภาพแวดล้อมต่ำ และความทนทานต่อข้อผิดพลาดที่แข็งแกร่ง ส่วนประกอบการทำงานขั้นพื้นฐานที่สุดของคอมพิวเตอร์โฟโตนิกคือสวิตช์ออปติคอลในตัวและส่วนประกอบลอจิกแบบออปติคอลในตัว

3. การใช้งานอื่นๆ เช่น เครื่องประมวลผลข้อมูลเชิงแสง เซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติก เซ็นเซอร์ตะแกรงไฟเบอร์ ไจโรสโคปไฟเบอร์ออปติก เป็นต้น