რა არის ინტეგრირებული ოპტიკა?

ინტეგრირებული ოპტიკის კონცეფცია 1969 წელს Bell Laboratories-ის დოქტორმა მილერმა წამოაყენა. ინტეგრირებული ოპტიკა ახალი დარგია, რომელიც ოპტიკურ მოწყობილობებსა და ჰიბრიდულ ოპტიკურ-ელექტრონულ სისტემებს სწავლობს და ავითარებს ოპტიკურ მოწყობილობებსა და ჰიბრიდულ ოპტიკურ-ელექტრონულ სისტემებს ოპტოელექტრონიკისა და მიკროელექტრონიკის საფუძველზე ინტეგრირებული მეთოდების გამოყენებით. ინტეგრირებული ოპტიკის თეორიული საფუძველია ოპტიკა და ოპტოელექტრონიკა, რომელიც მოიცავს ტალღურ და ინფორმაციულ ოპტიკას, არაწრფივ ოპტიკას, ნახევარგამტარულ ოპტოელექტრონიკას, კრისტალურ ოპტიკას, თხელფენოვან ოპტიკას, მართვად ტალღურ ოპტიკას, შეწყვილებული რეჟიმისა და პარამეტრული ურთიერთქმედების თეორიას, თხელფენოვან ოპტიკურ ტალღის გამტარებელ მოწყობილობებსა და სისტემებს. ტექნოლოგიური საფუძველი ძირითადად თხელფენოვანი ტექნოლოგია და მიკროელექტრონული ტექნოლოგიაა. ინტეგრირებული ოპტიკის გამოყენების სფერო ძალიან ფართოა, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციის, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სენსორული ტექნოლოგიის, ოპტიკური ინფორმაციის დამუშავების, ოპტიკური კომპიუტერისა და ოპტიკური შენახვის გარდა, არსებობს სხვა სფეროებიც, როგორიცაა მასალათმცოდნეობის კვლევა, ოპტიკური ინსტრუმენტები, სპექტრული კვლევა.

პირველი, ინტეგრირებული ოპტიკური უპირატესობები

1. შედარება დისკრეტული ოპტიკური მოწყობილობების სისტემებთან

დისკრეტული ოპტიკური მოწყობილობა არის ოპტიკური მოწყობილობის ტიპი, რომელიც ფიქსირდება დიდ პლატფორმაზე ან ოპტიკურ ბაზაზე ოპტიკური სისტემის შესაქმნელად. სისტემის ზომა დაახლოებით 1 მ2-ია, ხოლო სხივის სისქე დაახლოებით 1 სმ. დიდი ზომის გარდა, აწყობა და რეგულირებაც უფრო რთულია. ინტეგრირებულ ოპტიკურ სისტემას აქვს შემდეგი უპირატესობები:

1. სინათლის ტალღები ოპტიკურ ტალღგამტარებში ვრცელდება და სინათლის ტალღების ენერგიის კონტროლი და შენარჩუნება მარტივია.

2. ინტეგრაცია უზრუნველყოფს სტაბილურ პოზიციონირებას. როგორც ზემოთ აღინიშნა, ინტეგრირებული ოპტიკა ერთსა და იმავე სუბსტრატზე რამდენიმე მოწყობილობის დამზადებას ელის, ამიტომ არ არსებობს დისკრეტული ოპტიკის მსგავსი აწყობის პრობლემები, ამიტომ კომბინაცია შეიძლება იყოს სტაბილური და ასევე უფრო ადაპტირებადი გარემო ფაქტორებთან, როგორიცაა ვიბრაცია და ტემპერატურა.

(3) მოწყობილობის ზომა და ურთიერთქმედების ხანგრძლივობა შემცირებულია; მასთან დაკავშირებული ელექტრონიკა ასევე მუშაობს უფრო დაბალი ძაბვით.

4. მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივე. ტალღგამტარის გასწვრივ გადაცემული სინათლე შემოიფარგლება მცირე ლოკალური სივრცით, რაც იწვევს მაღალი ოპტიკური სიმძლავრის სიმკვრივის წარმოქმნას, რაც აადვილებს მოწყობილობის საჭირო სამუშაო ზღურბლების მიღწევას და არაწრფივ ოპტიკურ ეფექტებთან მუშაობას.

5. ინტეგრირებული ოპტიკა, როგორც წესი, ინტეგრირებულია სანტიმეტრის მასშტაბის სუბსტრატზე, რომელიც მცირე ზომისა და წონისაა.

2. შედარება ინტეგრირებულ სქემებთან

ოპტიკური ინტეგრაციის უპირატესობები შეიძლება ორ ასპექტად დაიყოს: ერთი არის ინტეგრირებული ელექტრონული სისტემის (ინტეგრირებული წრედის) ინტეგრირებული ოპტიკური სისტემით (ინტეგრირებული ოპტიკური წრედით) ჩანაცვლება; მეორე დაკავშირებულია ოპტიკურ ბოჭკოსთან და დიელექტრიკულ ოპტიკურ ტალღგამტარებთან, რომლებიც სიგნალის გადასაცემად სინათლის ტალღას მავთულის ან კოაქსიალური კაბელის ნაცვლად წარმართავენ.

ინტეგრირებულ ოპტიკურ გზაში, ოპტიკური ელემენტები ყალიბდება ვაფლის სუბსტრატზე და ერთმანეთთან დაკავშირებულია სუბსტრატის შიგნით ან ზედაპირზე ფორმირებული ოპტიკური ტალღგამტარებით. ინტეგრირებული ოპტიკური გზა, რომელიც აერთიანებს ოპტიკურ ელემენტებს იმავე სუბსტრატზე თხელი ფენის სახით, წარმოადგენს მნიშვნელოვან გზას ორიგინალური ოპტიკური სისტემის მინიატურიზაციის პრობლემის გადასაჭრელად და საერთო მუშაობის გასაუმჯობესებლად. ინტეგრირებულ მოწყობილობას აქვს მცირე ზომის, სტაბილური და საიმედო მუშაობის, მაღალი ეფექტურობის, დაბალი ენერგომოხმარების და მარტივი გამოყენების უპირატესობები.

ზოგადად, ინტეგრირებული სქემების ინტეგრირებული ოპტიკური სქემებით ჩანაცვლების უპირატესობებია გაზრდილი გამტარუნარიანობა, ტალღის სიგრძის გაყოფის მულტიპლექსირება, მულტიპლექსური გადართვა, მცირე შეერთების დანაკარგები, მცირე ზომა, მსუბუქი წონა, დაბალი ენერგომოხმარება, კარგი პარტიული მომზადების ეკონომიურობა და მაღალი საიმედოობა. სინათლესა და მატერიას შორის სხვადასხვა ურთიერთქმედების გამო, ახალი მოწყობილობის ფუნქციების რეალიზება ასევე შესაძლებელია ინტეგრირებული ოპტიკური გზის შემადგენლობაში სხვადასხვა ფიზიკური ეფექტების გამოყენებით, როგორიცაა ფოტოელექტრული ეფექტი, ელექტროოპტიკური ეფექტი, აკუსტიკურ-ოპტიკური ეფექტი, მაგნიტურ-ოპტიკური ეფექტი, თერმოოპტიკური ეფექტი და ა.შ.

2. ინტეგრირებული ოპტიკის კვლევა და გამოყენება

ინტეგრირებული ოპტიკა ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა სფეროში, როგორიცაა მრეწველობა, სამხედრო და ეკონომიკა, მაგრამ ძირითადად გამოიყენება შემდეგ ასპექტებში:

1. საკომუნიკაციო და ოპტიკური ქსელები

ოპტიკურ-ინტეგრირებული მოწყობილობები წარმოადგენს მაღალსიჩქარიანი და დიდი ტევადობის ოპტიკური საკომუნიკაციო ქსელების რეალიზაციის ძირითად აპარატურას, მათ შორის მაღალსიჩქარიანი რეაგირების ინტეგრირებულ ლაზერულ წყაროს, ტალღგამტარი ბადისებრი მასივის მკვრივი ტალღის სიგრძის გამყოფ მულტიპლექსორს, ვიწროზოლოვან რეაგირების ინტეგრირებულ ფოტოდეტექტორს, მარშრუტიზაციის ტალღის სიგრძის გადამყვანს, სწრაფი რეაგირების ოპტიკური გადართვის მატრიცას, დაბალი დანაკარგის მქონე მრავალჯერადი წვდომის ტალღგამტარი სხივის გამყოფს და ა.შ.

2. ფოტონური კომპიუტერი

ე.წ. ფოტონური კომპიუტერი არის კომპიუტერი, რომელიც ინფორმაციის გადაცემის საშუალებად სინათლეს იყენებს. ფოტონები ბოზონებია, რომლებსაც ელექტრული მუხტი არ აქვთ და სინათლის სხივებს შეუძლიათ პარალელურად ან გადაკვეთონ ერთმანეთის ზემოქმედების გარეშე, რასაც აქვს დიდი პარალელური დამუშავების თანდაყოლილი უნარი. ფოტონურ კომპიუტერს ასევე აქვს ინფორმაციის შენახვის დიდი ტევადობა, ძლიერი ჩარევის საწინააღმდეგო უნარი, გარემო პირობების დაბალი მოთხოვნები და ძლიერი ხარვეზებისადმი ტოლერანტობა. ფოტონური კომპიუტერების ყველაზე ძირითადი ფუნქციური კომპონენტებია ინტეგრირებული ოპტიკური გადამრთველები და ინტეგრირებული ოპტიკური ლოგიკური კომპონენტები.

3. სხვა გამოყენება, როგორიცაა ოპტიკური ინფორმაციის პროცესორი, ბოჭკოვანი ოპტიკური სენსორი, ბოჭკოვანი ბადისებრი სენსორი, ბოჭკოვანი გიროსკოპი და ა.შ.