ما هي البصريات المدمجة؟

تم طرح مفهوم البصريات المتكاملة من قبل الدكتور ميلر من Bell Laboratories في عام 1969. البصريات المتكاملة هي موضوع جديد يدرس ويطور الأجهزة البصرية وأنظمة الأجهزة البصرية الهجينة باستخدام طرق متكاملة على أساس إلكترونيات البصريات والإلكترونية الدقيقة. الأساس النظري للبصريات المتكاملة هو البصريات والإلكترونيات البصرية ، والتي تتضمن بصريات الموجة والبصريات المعلوماتية ، البصريات غير الخطية ، إلكترونيات البصريات شبه الموصل ، بصريات البلورة ، بصريات الأفلام الرقيقة ، بصريات الموجة الموجهة ، وضع نظرية التفاعل البارزة ، مطاردة الموجة البصرية الرقيقة. الأساس التكنولوجي هو في الأساس تكنولوجيا الأفلام الرقيقة وتكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة. يعد حقل التطبيق للبصريات المتكاملة واسعة للغاية ، بالإضافة إلى اتصال الألياف الضوئية ، وتكنولوجيا استشعار الألياف البصرية ، ومعالجة المعلومات البصرية ، والكمبيوتر البصري والتخزين البصري ، وهناك مجالات أخرى ، مثل أبحاث العلوم المادية ، والأدوات البصرية ، والأبحاث الطيفية.

أولاً ، المزايا البصرية المتكاملة

1. مقارنة مع أنظمة الأجهزة البصرية المنفصلة

الجهاز البصري المنفصل هو نوع من الجهاز البصري ثابت على منصة كبيرة أو قاعدة بصرية لتشكيل نظام بصري. حجم النظام يترتبة على 1M2 ، وسمك الحزمة حوالي 1 سم. بالإضافة إلى حجمها الكبير ، فإن التجميع والتعديل أكثر صعوبة أيضًا. يحتوي النظام البصري المتكامل على المزايا التالية:

1. تنتشر الموجات الخفيفة في أدلة الموجات البصرية ، ويسهل التحكم في موجات الضوء والحفاظ عليها.

2. التكامل يجلب وضع مستقر. كما ذكر أعلاه ، تتوقع البصريات المتكاملة أن تصنع عدة أجهزة على الركيزة نفسها ، لذلك لا توجد مشاكل في التجميع التي تواجهها البصريات المنفصلة ، بحيث يمكن أن تكون المجموعة مستقرة ، بحيث تكون أكثر قابلية للتكيف مع العوامل البيئية مثل الاهتزاز ودرجة الحرارة.

(3) يتم تقصير حجم الجهاز وطول التفاعل ؛ تعمل الإلكترونيات المرتبطة أيضًا في الفولتية المنخفضة.

4. كثافة الطاقة العالية. يقتصر الضوء الذي ينتقل على طول الدليل الموجي على مساحة محلية صغيرة ، مما يؤدي إلى كثافة طاقة بصرية عالية ، والتي من السهل الوصول إلى عتبات تشغيل الجهاز اللازمة والعمل مع تأثيرات بصرية غير خطية.

5. يتم دمج البصريات المتكاملة بشكل عام على ركيزة على نطاق سنتيمتر ، وهو صغير الحجم والضوء في الوزن.

2. مقارنة مع الدوائر المتكاملة

يمكن تقسيم مزايا التكامل البصري إلى جانبين ، أحدهما هو استبدال النظام الإلكتروني المتكامل (الدائرة المتكاملة) بالنظام البصري المدمج (الدائرة البصرية المتكاملة) ؛ يرتبط الآخر بالألياف الضوئية والموجة الضوئية ذات الألياف الضوئية التي توجه الموجة الخفيفة بدلاً من الأسلاك أو الكابل المحوري لنقل الإشارة.

في المسار البصري المتكامل ، يتم تشكيل العناصر البصرية على ركيزة رقاقة وتوصيلها بواسطة أدلة الموجات البصرية المكونة داخل أو على سطح الركيزة. يعد المسار البصري المتكامل ، الذي يدمج العناصر البصرية على الركيزة نفسها في شكل فيلم رفيع ، وسيلة مهمة لحل تصغير النظام البصري الأصلي وتحسين الأداء العام. يحتوي الجهاز المتكامل على مزايا الحجم الصغير والأداء المستقر والموثوق والكفاءة العالية والاستهلاك المنخفض للطاقة وسهولة الاستخدام.

بشكل عام ، تشمل مزايا استبدال الدوائر المتكاملة بالدوائر البصرية المتكاملة زيادة النطاق الترددي ، وتعدد الإرسال في تقسيم الطول الموجي ، والتبديل متعدد الإرسال ، وفقدان اقتران صغير ، وصغر حجم ، والوزن الخفيف ، واستهلاك الطاقة المنخفض ، واقتصاد إعداد الدفعة الجيدة ، وموثوقية عالية. نظرًا للتفاعلات المختلفة بين الضوء والمادة ، يمكن أيضًا تحقيق وظائف الجهاز الجديدة باستخدام تأثيرات مادية مختلفة مثل التأثير الكهروضوئي ، والتأثير الكهروم البصري ، والتأثير الصوتي البصري ، والتأثير المغناطيسي الضوئي ، والتأثير الحراري البصري ، وما إلى ذلك في تكوين المسار البصري المتكامل.

2. البحث وتطبيق البصريات المتكاملة

يستخدم البصريات المتكاملة على نطاق واسع في مختلف المجالات مثل الصناعة والعسكرية والاقتصاد ، ولكنه يستخدم بشكل أساسي في الجوانب التالية:

1. التواصل والشبكات البصرية

الأجهزة المتكاملة البصرية هي الأجهزة الرئيسية لتحقيق شبكات الاتصالات البصرية عالية السرعة والشبكات البصرية ، بما في ذلك مصدر ليزر متكامل للاستجابة عالية السرعة ، ومجموعة ضوئية متكاملة للاستجابة ، ومحول الطول الموجي ، ومحول الطول الموجي للاستجابة السريعة للاستجابة.

2. الكمبيوتر الضوئي

ما يسمى كمبيوتر الفوتون هو جهاز كمبيوتر يستخدم الضوء كوسيلة للمعلومات. الفوتونات عبارة عن بوزونات ، والتي لا تحتوي على شحنة كهربائية ، ويمكن أن تمر عوارض الضوء بالتوازي أو تعبر دون التأثير على بعضها البعض ، والتي لديها القدرة الفطرية للمعالجة المتوازية العظيمة. يتمتع الكمبيوتر الضوئي أيضًا بمزايا سعة تخزين المعلومات الكبيرة ، وقدرة قوية لمكافحة المؤتمرات ، ومتطلبات منخفضة للظروف البيئية ، والتسامح القوي للخطأ. المكونات الوظيفية الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الضوئية هي مفاتيح بصرية متكاملة ومكونات المنطق البصري المتكامل.

3. تطبيقات أخرى ، مثل معالج المعلومات البصرية ، مستشعر الألياف البصرية ، مستشعر صريف الألياف ، جيروسكوب الألياف البصرية ، إلخ.