مفهوم اپتیک مجتمع در سال ۱۹۶۹ توسط دکتر میلر از آزمایشگاه‌های بل مطرح شد. اپتیک مجتمع موضوع جدیدی است که به مطالعه و توسعه دستگاه‌های نوری و سیستم‌های الکترونیکی نوری هیبریدی با استفاده از روش‌های مجتمع بر اساس اپتوالکترونیک و میکروالکترونیک می‌پردازد. مبنای نظری اپتیک مجتمع، اپتیک و اپتوالکترونیک است که شامل اپتیک موجی و اپتیک اطلاعات، اپتیک غیرخطی، اپتوالکترونیک نیمه‌هادی، اپتیک کریستالی، اپتیک لایه نازک، اپتیک موج هدایت‌شده، نظریه برهمکنش حالت کوپل‌شده و پارامتری، دستگاه‌ها و سیستم‌های موجبر نوری لایه نازک می‌شود. مبنای فناوری آن عمدتاً فناوری لایه نازک و فناوری میکروالکترونیک است. زمینه کاربرد اپتیک مجتمع بسیار گسترده است، علاوه بر ارتباطات فیبر نوری، فناوری حسگری فیبر نوری، پردازش اطلاعات نوری، کامپیوتر نوری و ذخیره‌سازی نوری، زمینه‌های دیگری مانند تحقیقات علوم مواد، ابزارهای نوری و تحقیقات طیفی نیز وجود دارد.
اول، مزایای نوری یکپارچه
۱. مقایسه با سیستم‌های دستگاه نوری گسسته
دستگاه نوری گسسته نوعی دستگاه نوری است که بر روی یک پلتفرم بزرگ یا پایه نوری نصب می‌شود تا یک سیستم نوری تشکیل دهد. اندازه سیستم در حدود ۱ متر مربع و ضخامت پرتو حدود ۱ سانتی‌متر است. علاوه بر اندازه بزرگ، مونتاژ و تنظیم آن نیز دشوارتر است. سیستم نوری یکپارچه مزایای زیر را دارد:
۱. امواج نور در موجبرهای نوری منتشر می‌شوند و کنترل و حفظ انرژی امواج نور آسان است.
۲. ادغام، موقعیت‌یابی پایدار را به ارمغان می‌آورد. همانطور که در بالا ذکر شد، اپتیک مجتمع انتظار دارد چندین دستگاه را روی یک زیرلایه بسازد، بنابراین مشکلات مونتاژ اپتیک گسسته را ندارد، به طوری که ترکیب می‌تواند پایدار باشد، به طوری که با عوامل محیطی مانند لرزش و دما نیز سازگارتر است.
(3) اندازه دستگاه و طول تعامل کوتاه‌تر می‌شود؛ قطعات الکترونیکی مرتبط نیز در ولتاژهای پایین‌تری کار می‌کنند.
۴. چگالی توان بالا. نور منتقل شده در امتداد موجبر به یک فضای محلی کوچک محدود می‌شود و در نتیجه چگالی توان نوری بالایی ایجاد می‌شود که به راحتی می‌توان به آستانه‌های عملیاتی لازم دستگاه رسید و با اثرات نوری غیرخطی کار کرد.
۵. اپتیک‌های مجتمع عموماً روی یک زیرلایه در مقیاس سانتی‌متر مجتمع می‌شوند که از نظر اندازه کوچک و وزن سبک است.
۲. مقایسه با مدارهای مجتمع
مزایای ادغام نوری را می‌توان به دو جنبه تقسیم کرد، یکی جایگزینی سیستم الکترونیکی یکپارچه (مدار مجتمع) با سیستم نوری یکپارچه (مدار نوری یکپارچه)؛ و دیگری مربوط به فیبر نوری و موجبر نوری صفحه دی‌الکتریک است که به جای سیم یا کابل کواکسیال، موج نور را برای انتقال سیگنال هدایت می‌کنند.
در یک مسیر نوری یکپارچه، عناصر نوری روی یک زیرلایه ویفر تشکیل می‌شوند و توسط موجبرهای نوری که در داخل یا روی سطح زیرلایه تشکیل شده‌اند، به هم متصل می‌شوند. مسیر نوری یکپارچه، که عناصر نوری را روی همان زیرلایه به شکل فیلم نازک ادغام می‌کند، راهی مهم برای حل مشکل کوچک‌سازی سیستم نوری اصلی و بهبود عملکرد کلی است. این دستگاه یکپارچه مزایای اندازه کوچک، عملکرد پایدار و قابل اعتماد، راندمان بالا، مصرف برق کم و استفاده آسان را دارد.
به طور کلی، مزایای جایگزینی مدارهای مجتمع با مدارهای نوری مجتمع شامل افزایش پهنای باند، مالتی‌پلکسینگ تقسیم طول موج، سوئیچینگ مالتی‌پلکس، تلفات کوپلینگ کم، اندازه کوچک، وزن سبک، مصرف توان کم، اقتصاد خوب در آماده‌سازی دسته‌ای و قابلیت اطمینان بالا است. با توجه به برهمکنش‌های مختلف بین نور و ماده، می‌توان با استفاده از اثرات فیزیکی مختلف مانند اثر فوتوالکتریک، اثر الکترواپتیکی، اثر آکوستیک-اپتیکی، اثر مگنتو-اپتیکی، اثر ترمو-اپتیکی و غیره در ترکیب مسیر نوری مجتمع، عملکردهای جدید دستگاه را نیز محقق کرد.
۲. تحقیق و کاربرد اپتیک مجتمع
اپتیک مجتمع به طور گسترده در زمینه‌های مختلفی مانند صنعت، ارتش و اقتصاد مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما عمدتاً در جنبه‌های زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد:
۱. شبکه‌های ارتباطی و نوری
دستگاه‌های مجتمع نوری، سخت‌افزار کلیدی برای تحقق شبکه‌های ارتباطی نوری با سرعت بالا و ظرفیت بالا هستند، از جمله منبع لیزر مجتمع با پاسخ سریع، آرایه توری موجبر با مالتی‌پلکسر تقسیم طول موج متراکم، آشکارساز نوری مجتمع با پاسخ باند باریک، مبدل طول موج مسیریابی، ماتریس سوئیچینگ نوری با پاسخ سریع، تقسیم‌کننده پرتو موجبر با دسترسی چندگانه با تلفات کم و غیره.
۲. کامپیوتر فوتونیک
کامپیوتر فوتونی، کامپیوتری است که از نور به عنوان واسطه انتقال اطلاعات استفاده می‌کند. فوتون‌ها بوزون‌هایی هستند که بار الکتریکی ندارند و پرتوهای نور می‌توانند بدون تأثیر بر یکدیگر به صورت موازی یا متقاطع عبور کنند، که این امر قابلیت ذاتی پردازش موازی عالی را دارد. کامپیوتر فوتونی همچنین دارای مزایای ظرفیت ذخیره‌سازی اطلاعات بالا، توانایی قوی در برابر تداخل، نیاز کم به شرایط محیطی و تحمل خطای بالا است. اساسی‌ترین اجزای عملکردی کامپیوترهای فوتونی، سوئیچ‌های نوری یکپارچه و اجزای منطقی نوری یکپارچه هستند.
۳. سایر کاربردها، مانند پردازنده اطلاعات نوری، حسگر فیبر نوری، حسگر توری فیبر، ژیروسکوپ فیبر نوری و غیره.
زمان ارسال: 28 ژوئن 2023