Entegre optik kavramı, 1969 yılında Bell Laboratuvarları'ndan Dr. Miller tarafından ortaya atılmıştır. Entegre optik, optoelektronik ve mikroelektronik temelinde entegre yöntemler kullanarak optik cihazları ve hibrit optik elektronik cihaz sistemlerini inceleyen ve geliştiren yeni bir alandır. Entegre optiğin teorik temeli, dalga optiği ve bilgi optiği, doğrusal olmayan optik, yarı iletken optoelektronik, kristal optik, ince film optiği, yönlendirilmiş dalga optiği, birleşik mod ve parametrik etkileşim teorisi, ince film optik dalga kılavuzu cihazları ve sistemlerini içeren optik ve optoelektroniktir. Teknolojik temeli ise esas olarak ince film teknolojisi ve mikroelektronik teknolojisidir. Entegre optiğin uygulama alanı çok geniştir; optik fiber iletişim, optik fiber algılama teknolojisi, optik bilgi işleme, optik bilgisayar ve optik depolamanın yanı sıra malzeme bilimi araştırmaları, optik aletler, spektral araştırmalar gibi diğer alanlar da mevcuttur.
İlk olarak, entegre optik avantajlar
1. Ayrık optik cihaz sistemleriyle karşılaştırma
Ayrık optik cihaz, optik bir sistem oluşturmak üzere büyük bir platform veya optik tabana sabitlenmiş bir optik cihaz türüdür. Sistemin boyutu yaklaşık 1 m², ışın kalınlığı ise yaklaşık 1 cm'dir. Büyük boyutuna ek olarak, montajı ve ayarlanması da daha zordur. Entegre optik sistemin aşağıdaki avantajları vardır:
1. Işık dalgaları optik dalga kılavuzlarında yayılır ve ışık dalgalarının enerjilerinin kontrol edilmesi ve korunması kolaydır.
2. Entegrasyon, istikrarlı konumlandırma sağlar. Yukarıda belirtildiği gibi, entegre optik, aynı alt tabaka üzerinde birden fazla cihaz üretmeyi öngörür; bu nedenle, ayrı optiklerde görülen montaj sorunları yoktur, böylece kombinasyon istikrarlı olur ve titreşim ve sıcaklık gibi çevresel faktörlere daha iyi uyum sağlar.
(3) Cihaz boyutu ve etkileşim uzunluğu kısaltılır; ilgili elektronikler de daha düşük voltajlarda çalışır.
4. Yüksek güç yoğunluğu. Dalga kılavuzu boyunca iletilen ışık küçük bir yerel alana hapsedilir, bu da yüksek optik güç yoğunluğuna yol açar; bu sayede gerekli cihaz çalışma eşiklerine ulaşmak ve doğrusal olmayan optik etkilerle çalışmak kolaylaşır.
5. Entegre optikler genellikle santimetre ölçeğinde, küçük boyutlu ve hafif bir alt tabaka üzerine entegre edilir.
2. Entegre devrelerle karşılaştırma
Optik entegrasyonun avantajları iki açıdan ele alınabilir: Birincisi, entegre elektronik sistemin (entegre devre) entegre optik sistemle (entegre optik devre) değiştirilmesi; ikincisi ise, sinyali iletmek için tel veya koaksiyel kablo yerine optik fiber ve dielektrik düzlem optik dalga kılavuzunun kullanılmasıdır.
Entegre optik yolda, optik elemanlar bir wafer alt tabaka üzerinde oluşturulur ve alt tabakanın içinde veya yüzeyinde oluşturulan optik dalga kılavuzları ile birbirine bağlanır. Optik elemanları aynı alt tabaka üzerinde ince film şeklinde entegre eden entegre optik yol, orijinal optik sistemin minyatürleştirilmesini sağlamanın ve genel performansı iyileştirmenin önemli bir yoludur. Entegre cihaz, küçük boyut, istikrarlı ve güvenilir performans, yüksek verimlilik, düşük güç tüketimi ve kolay kullanım avantajlarına sahiptir.
Genel olarak, entegre devrelerin entegre optik devrelerle değiştirilmesinin avantajları arasında artan bant genişliği, dalga boyu bölmeli çoklama, çoklama anahtarlama, düşük bağlantı kaybı, küçük boyut, hafiflik, düşük güç tüketimi, iyi seri üretim ekonomisi ve yüksek güvenilirlik yer almaktadır. Işık ve madde arasındaki çeşitli etkileşimler nedeniyle, entegre optik yolun bileşiminde fotoelektrik etki, elektro-optik etki, akustik-optik etki, manyeto-optik etki, termo-optik etki vb. gibi çeşitli fiziksel etkiler kullanılarak yeni cihaz fonksiyonları da gerçekleştirilebilir.
2. Entegre optiğin araştırılması ve uygulaması
Entegre optik, endüstri, askeriye ve ekonomi gibi çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak esas olarak aşağıdaki alanlarda kullanılır:
1. İletişim ve optik ağlar
Optik entegre cihazlar, yüksek hızlı ve yüksek kapasiteli optik iletişim ağlarını gerçekleştirmek için gerekli olan temel donanım bileşenleridir. Bunlar arasında yüksek hızlı tepki veren entegre lazer kaynağı, dalga kılavuzu ızgara dizisi yoğun dalga boyu bölmeli çoklayıcı, dar bant tepki veren entegre fotodedektör, yönlendirme dalga boyu dönüştürücü, hızlı tepki veren optik anahtarlama matrisi, düşük kayıplı çoklu erişimli dalga kılavuzu ışın ayırıcı vb. yer almaktadır.
2. Fotonik bilgisayar
Foton bilgisayar olarak adlandırılan bilgisayar, bilgi iletim ortamı olarak ışığı kullanan bir bilgisayardır. Fotonlar, elektrik yükü olmayan bozonlardır ve ışık ışınları birbirini etkilemeden paralel veya çapraz olarak geçebilir; bu da doğal olarak büyük bir paralel işleme yeteneğine sahiptir. Foton bilgisayar ayrıca büyük bilgi depolama kapasitesi, güçlü parazit önleme yeteneği, düşük çevresel koşul gereksinimleri ve yüksek hata toleransı gibi avantajlara da sahiptir. Foton bilgisayarların en temel fonksiyonel bileşenleri entegre optik anahtarlar ve entegre optik mantık bileşenleridir.
3. Optik bilgi işlemci, fiber optik sensör, fiber optik ızgara sensörü, fiber optik jiroskop vb. diğer uygulamalar.
Yayın tarihi: 28 Haz-2023