מהי אופטיקה משולבת?

הרעיון של אופטיקה משולבת הועלה על ידי ד"ר מילר ממעבדות בל בשנת 1969. אופטיקה משולבת היא נושא חדש המחקור ומפתח מכשירים אופטיים ומערכות מכשירים אלקטרוניים אופטיים היברידיים בשיטות משולבות על בסיס אופטואלקטרוניקה ומיקרו -אלקטרוניקה. הבסיס התיאורטי של אופטיקה משולבת הוא אופטיקה ואופטו -אלקטרוניקה, הכולל אופטיקה גל ואופטיקה של מידע, אופטיקה לא לינארית, אופטואלקטרוניקה מוליכים למחצה, אופטיקה גבישית, אופטיקה של סרטים דקים, מכשירי גל מונחים, מצב מצומד ותורת האינטראקציה הפרמטרית, דקיקים גלגלי גלוידאיים ומערכות. הבסיס הטכנולוגי הוא בעיקר טכנולוגיית סרטים דקים וטכנולוגיית מיקרואלקטרוניקה. תחום היישומים של אופטיקה משולבת הוא רחב מאוד, בנוסף לתקשורת סיבים אופטיים, טכנולוגיית חישת סיבים אופטיים, עיבוד מידע אופטי, אחסון מחשב אופטי ואופטי, ישנם תחומים אחרים, כגון מחקר מדעי חומרים, מכשירים אופטיים, מחקר ספקטרלי.

ראשית, יתרונות אופטיים משולבים

1. השוואה עם מערכות מכשירים אופטיים נפרדים

מכשיר אופטי נפרד הוא סוג של מכשיר אופטי הקבוע בפלטפורמה גדולה או בבסיס אופטי ליצירת מערכת אופטית. גודל המערכת הוא בסדר גודל של 1m2, ועובי הקורה הוא בערך 1 ס"מ. בנוסף לגודלו הגדול, ההרכבה וההתאמה שלו קשים יותר. למערכת האופטית המשולבת יש את היתרונות הבאים:

1. גלי אור מתפשטים במדריכי גל אופטיים, וגלים קלים קלים לשליטה ושמירה על האנרגיה שלהם.

2. שילוב מביא מיקום יציב. כאמור, אופטיקה משולבת מצפה לייצר מספר מכשירים על אותו מצע, כך שאין בעיות הרכבה שיש לאופטיקה נפרדת, כך שהשילוב יכול להיות יציב, כך שהוא גם ניתן להתאמה יותר לגורמים סביבתיים כמו רטט וטמפרטורה.

(3) גודל המכשיר ואורך האינטראקציה מתקצרים; האלקטרוניקה המשויכת פועלת גם במתחים נמוכים יותר.

4. צפיפות הספק גבוהה. האור המועבר לאורך מוליך הגל מוגבל לחלל מקומי קטן, וכתוצאה מכך צפיפות כוח אופטית גבוהה, שקל להגיע לספי ההפעלה של המכשיר הנדרש ולעבוד עם השפעות אופטיות לא לינאריות.

5. אופטיקה משולבת משולבת בדרך כלל על מצע בקנה מידה סנטימטר, שהוא קטן בגודל ובאור במשקל.

2. השוואה עם מעגלים משולבים

ניתן לחלק את היתרונות של שילוב אופטי לשני היבטים, האחד הוא להחליף את המערכת האלקטרונית המשולבת (מעגל משולב) במערכת האופטית המשולבת (מעגל אופטי משולב); השני קשור לסיבים האופטיים ולמדריך הגל האופטי של מישור דיאלקטרי המנחים את גל האור במקום חוט או כבל קואקסיאלי כדי להעביר את האות.

בנתיב אופטי משולב, האלמנטים האופטיים נוצרים על מצע רקיק ומחוברים על ידי מדריכי גל אופטיים הנוצרים בתוך פני המצע או על פני המצע. הנתיב האופטי המשולב, המשלב אלמנטים אופטיים באותו מצע בצורה של סרט דק, הוא דרך חשובה לפתור את המזעור של המערכת האופטית המקורית ולשפר את הביצועים הכוללים. למכשיר המשולב היתרונות בגודל קטן, ביצועים יציבים ואמינים, יעילות גבוהה, צריכת חשמל נמוכה ושימוש קל.

באופן כללי, היתרונות של החלפת מעגלים משולבים במעגלים אופטיים משולבים כוללים רוחב פס מוגבר, ריבוי חלוקת אורך גל, מיתוג מרבב, אובדן צימוד קטן, גודל קטן, משקל קל, צריכת חשמל נמוכה, כלכלת הכנת אצווה טובה ואמינות גבוהה. בשל האינטראקציות השונות בין אור לחומר, ניתן לממש גם פונקציות מכשירים חדשות על ידי שימוש באפקטים פיזיים שונים כמו אפקט פוטו-אלקטרוני, השפעה אלקטרו-אופטית, אפקט אקוסטו-אופטי, אפקט מגנטו-אופטי, השפעה תרמית-אופטית וכן על הרכב הנתיב האופטי המשולב.

2. מחקר ויישום של אופטיקה משולבת

אופטיקה משולבת נמצאת בשימוש נרחב בתחומים שונים כמו תעשיה, צבא וכלכלה, אך היא משמשת בעיקר בהיבטים הבאים:

1. תקשורת ורשתות אופטיות

מכשירים משולבים אופטיים הם חומרת המפתח למימוש ברשתות תקשורת אופטיות מהירות גבוהה וקיבולת גדולה, כולל מקור לייזר משולב בתגובה גבוהה, מערך גל מערך גריר צפה חטיבת אורך גל צפופה, תגובה פס צרה משולבת פוטו-גלאד, מנתב אורך גל, מירור של תגובה מהירה, מטריקס אופטי מהיר, מטרייה של אובדן נמוך של אובדן גלישה מרובה גלישה וכן.

2. מחשב פוטוני

מחשב הפוטון שנקרא הוא מחשב המשתמש באור כאמצעי המידע ההולכה. פוטונים הם בוזונים, שאינם מטענים חשמליים, וקורות אור יכולות לעבור במקביל או לחצות מבלי להשפיע זו על זו, שיש לה את היכולת המולדת של עיבוד מקביל גדול. למחשב פוטוני יש גם היתרונות של יכולת אחסון גדולה של מידע, יכולת אנטי-אינטרפורמצית חזקה, דרישות נמוכות לתנאים סביבתיים וסובלנות חזקה לתקלות. הרכיבים הפונקציונליים הבסיסיים ביותר של מחשבים פוטוניים הם מתגים אופטיים משולבים ורכיבי לוגיקה אופטיים משולבים.

3. יישומים אחרים, כגון מעבד מידע אופטי, חיישן סיבים אופטי, חיישן סורג סיבים, גירוסקופ סיבים אופטיים וכו '.