اپتیک یکپارچه چیست؟

مفهوم اپتیک یکپارچه توسط دکتر میلر از آزمایشگاه های بل در سال 1969 مطرح شد. اپتیک یکپارچه موضوع جدیدی است که به مطالعه و توسعه دستگاه های نوری و سیستم های الکترونیکی نوری ترکیبی با استفاده از روش های یکپارچه بر اساس اپتوالکترونیک و میکروالکترونیک می پردازد. اساس نظری اپتیک یکپارچه اپتیک و اپتوالکترونیک است که شامل اپتیک موج و اپتیک اطلاعات، اپتیک غیرخطی، اپتوالکترونیک نیمه هادی، اپتیک کریستال، اپتیک لایه نازک، اپتیک موج هدایت شده، حالت جفت شده و نظریه برهمکنش پارامتری، فیلم نازک و دستگاه های موجبر نوری است. اساس فناوری عمدتاً فناوری لایه نازک و فناوری میکروالکترونیک است. زمینه کاربرد نوری یکپارچه بسیار گسترده است، علاوه بر ارتباطات فیبر نوری، فناوری سنجش فیبر نوری، پردازش اطلاعات نوری، رایانه نوری و ذخیره سازی نوری، زمینه های دیگری مانند تحقیقات علم مواد، ابزارهای نوری، تحقیقات طیفی وجود دارد.

اول، مزایای نوری یکپارچه

1. مقایسه با سیستم های دستگاه نوری گسسته

دستگاه نوری گسسته نوعی دستگاه نوری است که بر روی یک پلت فرم بزرگ یا پایه نوری ثابت می شود تا یک سیستم نوری را تشکیل دهد. اندازه سیستم حدود 1 متر مربع و ضخامت تیر حدود 1 سانتی متر است. علاوه بر اندازه بزرگ، مونتاژ و تنظیم نیز دشوارتر است. سیستم نوری یکپارچه دارای مزایای زیر است:

1. امواج نور در موجبرهای نوری منتشر می شوند و کنترل و حفظ انرژی امواج نور آسان است.

2. یکپارچه سازی موقعیت پایدار را به ارمغان می آورد. همانطور که در بالا ذکر شد، اپتیک یکپارچه انتظار دارد چندین دستگاه را بر روی یک بستر ایجاد کند، بنابراین هیچ مشکلی در مونتاژی که اپتیک گسسته دارد وجود ندارد، به طوری که ترکیب می تواند پایدار باشد، به طوری که با عوامل محیطی مانند ارتعاش و دما نیز سازگاری بیشتری دارد. .

(3) اندازه دستگاه و طول تعامل کوتاه شده است. قطعات الکترونیکی مرتبط نیز با ولتاژ پایین تر کار می کنند.

4. چگالی توان بالا. نور منتقل شده در امتداد موجبر به یک فضای محلی کوچک محدود می شود و در نتیجه چگالی توان نوری بالایی ایجاد می شود که به راحتی می توان به آستانه های عملیاتی دستگاه لازم رسید و با اثرات نوری غیرخطی کار کرد.

5. اپتیک یکپارچه به طور کلی بر روی یک بستر در مقیاس سانتی متر، که اندازه کوچک و وزن سبک است، یکپارچه می شوند.

2. مقایسه با مدارهای مجتمع

مزایای یکپارچه سازی نوری را می توان به دو جنبه تقسیم کرد، یکی جایگزینی سیستم الکترونیکی یکپارچه (مدار مجتمع) با سیستم نوری یکپارچه (مدار نوری یکپارچه). دیگری مربوط به فیبر نوری و موجبر نوری صفحه دی الکتریک است که موج نور را به جای سیم یا کابل کواکسیال برای انتقال سیگنال هدایت می کند.

در یک مسیر نوری یکپارچه، عناصر نوری بر روی یک بستر ویفر تشکیل شده و توسط موجبرهای نوری تشکیل شده در داخل یا روی سطح بستر به هم متصل می شوند. مسیر نوری یکپارچه، که عناصر نوری را بر روی همان بستر به شکل لایه نازک ادغام می کند، یک راه مهم برای حل کوچک سازی سیستم نوری اصلی و بهبود عملکرد کلی است. دستگاه یکپارچه دارای مزایای اندازه کوچک، عملکرد پایدار و قابل اعتماد، راندمان بالا، مصرف برق کم و استفاده آسان است.

به طور کلی، مزایای جایگزینی مدارهای مجتمع با مدارهای نوری مجتمع شامل افزایش پهنای باند، مالتی پلکسی تقسیم طول موج، سوئیچینگ چندگانه، تلفات کوپلینگ کوچک، اندازه کوچک، وزن سبک، مصرف انرژی کم، صرفه جویی در آماده سازی دسته ای خوب و قابلیت اطمینان بالا می باشد. با توجه به فعل و انفعالات مختلف بین نور و ماده، عملکردهای جدید دستگاه را نیز می توان با استفاده از جلوه های فیزیکی مختلف مانند اثر فوتوالکتریک، اثر الکترواپتیکی، اثر آکوستو-اپتیکی، اثر مغناطیسی نوری، اثر حرارتی نوری و غیره محقق کرد. ترکیب مسیر نوری یکپارچه

2. تحقیق و کاربرد اپتیک یکپارچه

اپتیک یکپارچه به طور گسترده در زمینه های مختلف مانند صنعت، نظامی و اقتصادی استفاده می شود، اما عمدتا در جنبه های زیر استفاده می شود:

1. شبکه های ارتباطی و نوری

دستگاه‌های یکپارچه نوری سخت‌افزار کلیدی برای تحقق شبکه‌های ارتباطی نوری با سرعت بالا و ظرفیت بالا هستند، از جمله منبع لیزری یکپارچه پاسخ‌دهی با سرعت بالا، مالتی پلکسر تقسیم طول موج متراکم آرایه گریتینگ، ردیاب نوری یکپارچه پاسخ باند باریک، مبدل طول موج مسیریابی، ماتریس سوئیچینگ نوری پاسخ سریع، تقسیم کننده پرتو موجبر با دسترسی چندگانه کم تلفات و غیره.

2. کامپیوتر فوتونیک

به اصطلاح کامپیوتر فوتونی کامپیوتری است که از نور به عنوان وسیله انتقال اطلاعات استفاده می کند. فوتون‌ها بوزون‌هایی هستند که بار الکتریکی ندارند و پرتوهای نور می‌توانند به صورت موازی یا متقاطع بدون تأثیر بر یکدیگر عبور کنند، که این قابلیت ذاتی پردازش موازی عالی را دارد. رایانه فوتونیک همچنین دارای مزایای ظرفیت ذخیره اطلاعات بزرگ، توانایی ضد تداخل قوی، نیازهای کم برای شرایط محیطی و تحمل خطا قوی است. اساسی ترین اجزای کاربردی کامپیوترهای فوتونیک سوئیچ های نوری یکپارچه و اجزای منطق نوری یکپارچه هستند.

3. کاربردهای دیگر مانند پردازشگر اطلاعات نوری، سنسور فیبر نوری، سنسور گریتینگ فیبر، ژیروسکوپ فیبر نوری و غیره.