集積光学の概念は、1969 年にベル研究所のミラー博士によって提唱されました。集積光学は、オプトエレクトロニクスとマイクロエレクトロニクスに基づいた統合手法を使用して、光学デバイスおよびハイブリッド光電子デバイス システムを研究および開発する新しい主題です。集積光学の理論的基礎は、波動光学と情報光学、非線形光学、半導体オプトエレクトロニクス、結晶光学、薄膜光学、導波光学、結合モードとパラメトリック相互作用理論、薄膜光導波路デバイスとシステムを含む光学とオプトエレクトロニクスです。技術基盤は主に薄膜技術とマイクロエレクトロニクス技術です。集積光学の応用分野は非常に広く、光ファイバー通信、光ファイバーセンシング技術、光情報処理、光コンピュータ、光ストレージに加えて、材料科学研究、光学機器、スペクトル研究などの他の分野もあります。
まず、統合された光学的利点
1. ディスクリート光デバイスシステムとの比較
個別光学デバイスは、大きなプラットフォームまたは光学ベース上に固定されて光学システムを形成するタイプの光学デバイスです。システムのサイズは 1 平方メートル程度で、ビームの厚さは約 1 cm です。サイズが大きいことに加えて、組み立てや調整も難しくなります。統合された光学システムには次の利点があります。
1. 光波は光導波路内を伝播し、光波のエネルギーの制御と維持が容易です。
2. 一体化により安定した位置決めを実現します。上で述べたように、集積光学素子は同じ基板上に複数のデバイスを作成することを想定しているため、個別光学素子に見られる組み立ての問題がなく、組み合わせが安定し、振動や温度などの環境要因にもより適応できます。 。
(3) デバイスサイズとインタラクション長が短縮されます。関連する電子機器も低電圧で動作します。
4. 高い電力密度。導波路に沿って伝送される光は小さな局所空間に閉じ込められるため、高い光パワー密度が得られ、必要なデバイス動作閾値に到達し、非線形光学効果を利用することが容易になります。
5. 集積光学素子は通常、サイズが小さく、重量が軽いセンチメートルスケールの基板上に集積されます。
2. 集積回路との比較
光集積の利点は 2 つの側面に分けることができます。1 つは集積電子システム (集積回路) を集積光学システム (集積光回路) に置き換えることです。もう1つは、信号を伝送するためにワイヤーや同軸ケーブルの代わりに光波を導く光ファイバーと誘電体平面光導波路に関するものです。
集積光路では、光学素子はウェハ基板上に形成され、基板の内部または表面に形成された光導波路によって接続される。光学素子を薄膜の形で同一基板上に集積した集積光路は、本来の光学系の小型化を解決し、全体の性能を向上させる重要な手段です。統合されたデバイスには、小型、安定した信頼性の高いパフォーマンス、高効率、低消費電力、使いやすさという利点があります。
一般に、集積回路を光集積回路に置き換えることの利点には、帯域幅の増加、波長分割多重、多重スイッチング、小さな結合損失、小型、軽量、低消費電力、優れたバッチ準備の経済性、および高い信頼性が含まれます。光と物質の間にはさまざまな相互作用があるため、光電効果、電気光学効果、音響光学効果、磁気光学効果、熱光学効果などのさまざまな物理効果を利用することで、新たなデバイス機能も実現できます。統合された光路の構成。
2. 集積光学の研究と応用
集積光学は産業、軍事、経済などのさまざまな分野で広く使用されていますが、主に次のような側面で使用されます。
1. 通信および光ネットワーク
光集積デバイスは、高速応答集積レーザ光源、導波路グレーティングアレイ高密度波長分割多重化装置、狭帯域応答集積光検出器、ルーティング波長コンバータ、高速応答光スイッチングマトリクス、低損失多元接続導波路ビームスプリッタなど。
2. フォトニックコンピュータ
いわゆるフォトンコンピュータは、情報の伝達媒体として光を使用するコンピュータです。光子は電荷を持たないボソンであり、光線は互いに影響を与えることなく平行に通過したり交差したりすることができるため、優れた並列処理が可能な性質を持っています。フォトニックコンピュータには、大規模な情報記憶容量、強力な耐干渉能力、環境条件に対する要件の低さ、および強力な耐障害性という利点もあります。フォトニックコンピュータの最も基本的な機能コンポーネントは、統合された光スイッチと統合された光ロジックコンポーネントです。
3. 光情報プロセッサ、光ファイバーセンサー、ファイバーグレーティングセンサー、光ファイバージャイロスコープなどのその他のアプリケーション。
投稿日時: 2023 年 6 月 28 日