ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഒപ്റ്റിക്സ് എന്താണ്?

1969-ൽ ബെൽ ലബോറട്ടറിയിലെ ഡോ. മില്ലർ ആണ് ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഒപ്റ്റിക്സ് എന്ന ആശയം മുന്നോട്ടുവച്ചത്. ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഒപ്റ്റിക്സ് എന്നത് ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക്സ്, മൈക്രോഇലക്ട്രോണിക്സ് എന്നിവയുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ സംയോജിത രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉപകരണങ്ങളെയും ഹൈബ്രിഡ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണ സംവിധാനങ്ങളെയും പഠിക്കുകയും വികസിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു പുതിയ വിഷയമാണ്. ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഒപ്റ്റിക്സിന്റെ സൈദ്ധാന്തിക അടിസ്ഥാനം ഒപ്റ്റിക്സും ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക്സും ആണ്, ഇതിൽ വേവ് ഒപ്റ്റിക്സും ഇൻഫർമേഷൻ ഒപ്റ്റിക്സും, നോൺലീനിയർ ഒപ്റ്റിക്സ്, സെമികണ്ടക്ടർ ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക്സ്, ക്രിസ്റ്റൽ ഒപ്റ്റിക്സ്, നേർത്ത ഫിലിം ഒപ്റ്റിക്സ്, ഗൈഡഡ് വേവ് ഒപ്റ്റിക്സ്, കപ്പിൾഡ് മോഡ്, പാരാമെട്രിക് ഇന്ററാക്ഷൻ സിദ്ധാന്തം, നേർത്ത ഫിലിം ഒപ്റ്റിക്കൽ വേവ്ഗൈഡ് ഉപകരണങ്ങളും സിസ്റ്റങ്ങളും ഉൾപ്പെടുന്നു. സാങ്കേതിക അടിസ്ഥാനം പ്രധാനമായും നേർത്ത ഫിലിം സാങ്കേതികവിദ്യയും മൈക്രോഇലക്ട്രോണിക്സ് സാങ്കേതികവിദ്യയുമാണ്. ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഒപ്റ്റിക്സിന്റെ പ്രയോഗ മേഖല വളരെ വിശാലമാണ്, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ ആശയവിനിമയം, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ സെൻസിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇൻഫർമേഷൻ പ്രോസസ്സിംഗ്, ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടർ, ഒപ്റ്റിക്കൽ സംഭരണം എന്നിവയ്ക്ക് പുറമേ, മെറ്റീരിയൽ സയൻസ് ഗവേഷണം, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾ, സ്പെക്ട്രൽ ഗവേഷണം തുടങ്ങിയ മറ്റ് മേഖലകളും ഉണ്ട്.

ആദ്യം, സംയോജിത ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ

1. ഡിസ്ക്രീറ്റ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉപകരണ സംവിധാനങ്ങളുമായുള്ള താരതമ്യം

ഒരു ഒപ്റ്റിക്കൽ സിസ്റ്റം രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിനായി ഒരു വലിയ പ്ലാറ്റ്‌ഫോമിലോ ഒപ്റ്റിക്കൽ ബേസിലോ ഉറപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു തരം ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉപകരണമാണ് ഡിസ്‌ക്രീറ്റ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉപകരണം. സിസ്റ്റത്തിന്റെ വലുപ്പം ഏകദേശം 1 മീ 2 ആണ്, ബീമിന്റെ കനം ഏകദേശം 1 സെ.മീ ആണ്. അതിന്റെ വലിയ വലിപ്പത്തിന് പുറമേ, അസംബ്ലിയും ക്രമീകരണവും കൂടുതൽ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. സംയോജിത ഒപ്റ്റിക്കൽ സിസ്റ്റത്തിന് ഇനിപ്പറയുന്ന ഗുണങ്ങളുണ്ട്:

1. പ്രകാശ തരംഗങ്ങൾ ഒപ്റ്റിക്കൽ വേവ്ഗൈഡുകളിൽ വ്യാപിക്കുന്നു, പ്രകാശ തരംഗങ്ങൾ അവയുടെ ഊർജ്ജം നിയന്ത്രിക്കാനും നിലനിർത്താനും എളുപ്പമാണ്.

2. സംയോജനം സ്ഥിരതയുള്ള സ്ഥാനനിർണ്ണയം നൽകുന്നു. മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ചതുപോലെ, ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഒപ്റ്റിക്സ് ഒരേ അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിരവധി ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു, അതിനാൽ ഡിസ്ക്രീറ്റ് ഒപ്റ്റിക്സിനെപ്പോലെ അസംബ്ലി പ്രശ്നങ്ങളൊന്നുമില്ല, അതിനാൽ കോമ്പിനേഷൻ സ്ഥിരതയുള്ളതാക്കാൻ കഴിയും, അതിനാൽ വൈബ്രേഷൻ, താപനില തുടങ്ങിയ പാരിസ്ഥിതിക ഘടകങ്ങൾക്ക് ഇത് കൂടുതൽ പൊരുത്തപ്പെടാൻ കഴിയും.

(3) ഉപകരണ വലുപ്പവും പ്രതിപ്രവർത്തന ദൈർഘ്യവും കുറയ്ക്കുന്നു; അനുബന്ധ ഇലക്ട്രോണിക്സുകളും കുറഞ്ഞ വോൾട്ടേജുകളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

4. ഉയർന്ന പവർ ഡെൻസിറ്റി. വേവ്ഗൈഡിലൂടെ കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്ന പ്രകാശം ഒരു ചെറിയ ലോക്കൽ സ്‌പെയ്‌സിൽ ഒതുങ്ങി നിൽക്കുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ പവർ ഡെൻസിറ്റിക്ക് കാരണമാകുന്നു, ഇത് ആവശ്യമായ ഉപകരണ ഓപ്പറേറ്റിംഗ് ത്രെഷോൾഡുകളിൽ എളുപ്പത്തിൽ എത്തിച്ചേരാനും രേഖീയമല്ലാത്ത ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇഫക്‌റ്റുകൾക്കൊപ്പം പ്രവർത്തിക്കാനും സഹായിക്കുന്നു.

5. ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഒപ്റ്റിക്സ് സാധാരണയായി ഒരു സെന്റീമീറ്റർ സ്കെയിൽ അടിവസ്ത്രത്തിലാണ് സംയോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നത്, അത് വലിപ്പത്തിൽ ചെറുതും ഭാരം കുറഞ്ഞതുമാണ്.

2. ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ടുകളുമായുള്ള താരതമ്യം

ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇന്റഗ്രേഷന്റെ ഗുണങ്ങളെ രണ്ട് വശങ്ങളായി തിരിക്കാം, ഒന്ന് ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഇലക്ട്രോണിക് സിസ്റ്റം (ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ട്) ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഒപ്റ്റിക്കൽ സിസ്റ്റം (ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഒപ്റ്റിക്കൽ സർക്യൂട്ട്) ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുക എന്നതാണ്; മറ്റൊന്ന് സിഗ്നൽ കൈമാറുന്നതിനായി വയർ അല്ലെങ്കിൽ കോക്സിയൽ കേബിളിന് പകരം പ്രകാശ തരംഗത്തെ നയിക്കുന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറും ഡൈഇലക്ട്രിക് പ്ലെയിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ വേവ്ഗൈഡുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.

ഒരു സംയോജിത ഒപ്റ്റിക്കൽ പാതയിൽ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഘടകങ്ങൾ ഒരു വേഫർ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ രൂപപ്പെടുകയും സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന്റെ ഉള്ളിലോ ഉപരിതലത്തിലോ രൂപപ്പെടുന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ വേവ്‌ഗൈഡുകൾ വഴി ബന്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. നേർത്ത ഫിലിമിന്റെ രൂപത്തിൽ ഒരേ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിലെ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഘടകങ്ങളെ സംയോജിപ്പിക്കുന്ന ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഒപ്റ്റിക്കൽ പാത, യഥാർത്ഥ ഒപ്റ്റിക്കൽ സിസ്റ്റത്തിന്റെ മിനിയേച്ചറൈസേഷൻ പരിഹരിക്കുന്നതിനും മൊത്തത്തിലുള്ള പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുമുള്ള ഒരു പ്രധാന മാർഗമാണ്. ചെറിയ വലിപ്പം, സ്ഥിരതയുള്ളതും വിശ്വസനീയവുമായ പ്രകടനം, ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമത, കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം, എളുപ്പത്തിലുള്ള ഉപയോഗം എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങൾ സംയോജിത ഉപകരണത്തിനുണ്ട്.

പൊതുവേ, ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ടുകളെ ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഒപ്റ്റിക്കൽ സർക്യൂട്ടുകൾ ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നതിന്റെ ഗുണങ്ങളിൽ വർദ്ധിച്ച ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, തരംഗദൈർഘ്യ ഡിവിഷൻ മൾട്ടിപ്ലക്‌സിംഗ്, മൾട്ടിപ്ലക്‌സ് സ്വിച്ചിംഗ്, ചെറിയ കപ്ലിംഗ് നഷ്ടം, ചെറിയ വലിപ്പം, ഭാരം കുറഞ്ഞത്, കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം, നല്ല ബാച്ച് തയ്യാറെടുപ്പ് സമ്പദ്‌വ്യവസ്ഥ, ഉയർന്ന വിശ്വാസ്യത എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. പ്രകാശവും ദ്രവ്യവും തമ്മിലുള്ള വിവിധ ഇടപെടലുകൾ കാരണം, സംയോജിത ഒപ്റ്റിക്കൽ പാതയുടെ ഘടനയിൽ ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഇഫക്റ്റ്, ഇലക്ട്രോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇഫക്റ്റ്, അക്കോസ്റ്റോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇഫക്റ്റ്, മാഗ്നെറ്റോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇഫക്റ്റ്, തെർമോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇഫക്റ്റ് തുടങ്ങിയ വിവിധ ഭൗതിക ഇഫക്റ്റുകൾ ഉപയോഗിച്ച് പുതിയ ഉപകരണ പ്രവർത്തനങ്ങൾ സാക്ഷാത്കരിക്കാനും കഴിയും.

2. സംയോജിത ഒപ്റ്റിക്‌സിന്റെ ഗവേഷണവും പ്രയോഗവും

വ്യവസായം, സൈനികം, സമ്പദ്‌വ്യവസ്ഥ തുടങ്ങിയ വിവിധ മേഖലകളിൽ ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഒപ്റ്റിക്സ് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു, പക്ഷേ ഇത് പ്രധാനമായും ഇനിപ്പറയുന്ന വശങ്ങളിലാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്:

1. ആശയവിനിമയവും ഒപ്റ്റിക്കൽ നെറ്റ്‌വർക്കുകളും

ഹൈ-സ്പീഡ് റെസ്‌പോൺസ് ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ലേസർ സോഴ്‌സ്, വേവ്‌ഗൈഡ് ഗ്രേറ്റിംഗ് അറേ ഡെൻസ് വേവ്‌ലെങ്ത് ഡിവിഷൻ മൾട്ടിപ്ലക്‌സർ, നാരോബാൻഡ് റെസ്‌പോൺസ് ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ, റൂട്ടിംഗ് വേവ്‌ലെങ്ത് കൺവെർട്ടർ, ഫാസ്റ്റ് റെസ്‌പോൺസ് ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്വിച്ചിംഗ് മാട്രിക്സ്, ലോ ലോസ് മൾട്ടിപ്പിൾ ആക്‌സസ് വേവ്‌ഗൈഡ് ബീം സ്പ്ലിറ്റർ എന്നിവയുൾപ്പെടെ ഉയർന്ന വേഗതയുള്ളതും വലിയ ശേഷിയുള്ളതുമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ നെറ്റ്‌വർക്കുകൾ സാക്ഷാത്കരിക്കുന്നതിനുള്ള പ്രധാന ഹാർഡ്‌വെയറാണ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഉപകരണങ്ങൾ.

2. ഫോട്ടോണിക് കമ്പ്യൂട്ടർ

പ്രകാശത്തെ വിവരങ്ങളുടെ സംപ്രേഷണ മാധ്യമമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു കമ്പ്യൂട്ടറാണ് ഫോട്ടോൺ കമ്പ്യൂട്ടർ. ഫോട്ടോണുകൾ ബോസോണുകളാണ്, അവയ്ക്ക് വൈദ്യുത ചാർജ് ഇല്ല, കൂടാതെ പ്രകാശ രശ്മികൾക്ക് പരസ്പരം ബാധിക്കാതെ സമാന്തരമായി കടന്നുപോകാനോ ക്രോസ് ചെയ്യാനോ കഴിയും, ഇതിന് മികച്ച സമാന്തര പ്രോസസ്സിംഗിന്റെ സഹജമായ കഴിവുണ്ട്. വലിയ വിവര സംഭരണ ​​ശേഷി, ശക്തമായ ഇടപെടൽ വിരുദ്ധ കഴിവ്, പാരിസ്ഥിതിക സാഹചര്യങ്ങൾക്കുള്ള കുറഞ്ഞ ആവശ്യകതകൾ, ശക്തമായ തെറ്റ് സഹിഷ്ണുത എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളും ഫോട്ടോണിക് കമ്പ്യൂട്ടറിനുണ്ട്. ഫോട്ടോണിക് കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ ഏറ്റവും അടിസ്ഥാന പ്രവർത്തന ഘടകങ്ങൾ സംയോജിത ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്വിച്ചുകളും സംയോജിത ഒപ്റ്റിക്കൽ ലോജിക് ഘടകങ്ങളുമാണ്.

3. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഇൻഫർമേഷൻ പ്രോസസർ, ഫൈബർ ഒപ്റ്റിക് സെൻസർ, ഫൈബർ ഗ്രേറ്റിംഗ് സെൻസർ, ഫൈബർ ഒപ്റ്റിക് ഗൈറോസ്കോപ്പ് തുടങ്ങിയ മറ്റ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ.