एकात्मिक ऑप्टिक्स म्हणजे काय?

१९६९ मध्ये बेल लॅबोरेटरीजचे डॉ. मिलर यांनी एकात्मिक ऑप्टिक्सची संकल्पना मांडली. एकात्मिक ऑप्टिक्स हा एक नवीन विषय आहे जो ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स आणि मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्सच्या आधारावर एकात्मिक पद्धतींचा वापर करून ऑप्टिकल उपकरणे आणि हायब्रिड ऑप्टिकल इलेक्ट्रॉनिक डिव्हाइस सिस्टमचा अभ्यास आणि विकास करतो. एकात्मिक ऑप्टिक्सचा सैद्धांतिक आधार ऑप्टिक्स आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स आहे, ज्यामध्ये वेव्ह ऑप्टिक्स आणि इन्फॉर्मेशन ऑप्टिक्स, नॉनलाइनर ऑप्टिक्स, सेमीकंडक्टर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स, क्रिस्टल ऑप्टिक्स, थिन फिल्म ऑप्टिक्स, गाईडेड वेव्ह ऑप्टिक्स, कपल्ड मोड आणि पॅरामेट्रिक इंटरॅक्शन थिअरी, थिन फिल्म ऑप्टिकल वेव्हगाइड डिव्हाइसेस आणि सिस्टम यांचा समावेश आहे. तांत्रिक आधार प्रामुख्याने थिन फिल्म तंत्रज्ञान आणि मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स तंत्रज्ञान आहे. एकात्मिक ऑप्टिक्सचे अनुप्रयोग क्षेत्र खूप विस्तृत आहे, ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन, ऑप्टिकल फायबर सेन्सिंग तंत्रज्ञान, ऑप्टिकल माहिती प्रक्रिया, ऑप्टिकल संगणक आणि ऑप्टिकल स्टोरेज व्यतिरिक्त, मटेरियल सायन्स रिसर्च, ऑप्टिकल इन्स्ट्रुमेंट्स, स्पेक्ट्रल रिसर्च अशी इतर क्षेत्रे आहेत.

प्रथम, एकात्मिक ऑप्टिकल फायदे

१. डिस्क्रिट ऑप्टिकल डिव्हाइस सिस्टमशी तुलना

डिस्क्रिट ऑप्टिकल डिव्हाइस हे एका प्रकारचे ऑप्टिकल डिव्हाइस आहे जे मोठ्या प्लॅटफॉर्मवर किंवा ऑप्टिकल बेसवर बसवून ऑप्टिकल सिस्टम तयार करते. सिस्टमचा आकार सुमारे 1 चौरस मीटर आहे आणि बीमची जाडी सुमारे 1 सेमी आहे. त्याच्या मोठ्या आकाराव्यतिरिक्त, असेंब्ली आणि समायोजन देखील अधिक कठीण आहे. एकात्मिक ऑप्टिकल सिस्टमचे खालील फायदे आहेत:

१. प्रकाश लहरी ऑप्टिकल वेव्हगाईड्समध्ये प्रसारित होतात आणि प्रकाश लहरी नियंत्रित करणे आणि त्यांची ऊर्जा राखणे सोपे असते.

२. एकत्रीकरण स्थिर स्थिती आणते. वर नमूद केल्याप्रमाणे, एकात्मिक ऑप्टिक्स एकाच सब्सट्रेटवर अनेक उपकरणे बनवण्याची अपेक्षा करते, त्यामुळे डिस्क्रिट ऑप्टिक्समध्ये असलेल्या असेंब्ली समस्या नसतात, जेणेकरून संयोजन स्थिर राहू शकेल, जेणेकरून ते कंपन आणि तापमान यासारख्या पर्यावरणीय घटकांशी अधिक जुळवून घेण्यायोग्य असेल.

(३) उपकरणाचा आकार आणि परस्परसंवादाची लांबी कमी केली जाते; संबंधित इलेक्ट्रॉनिक्स देखील कमी व्होल्टेजवर कार्य करतात.

४. उच्च पॉवर घनता. वेव्हगाइडसह प्रसारित होणारा प्रकाश एका लहान स्थानिक जागेपर्यंत मर्यादित असतो, परिणामी उच्च ऑप्टिकल पॉवर घनता निर्माण होते, ज्यामुळे आवश्यक डिव्हाइस ऑपरेटिंग थ्रेशोल्डपर्यंत पोहोचणे आणि नॉनलाइनर ऑप्टिकल इफेक्ट्ससह कार्य करणे सोपे होते.

५. एकात्मिक ऑप्टिक्स सामान्यतः सेंटीमीटर-स्केल सब्सट्रेटवर एकत्रित केले जातात, जे आकाराने लहान आणि वजनाने हलके असते.

२. एकात्मिक सर्किट्सशी तुलना

ऑप्टिकल इंटिग्रेशनचे फायदे दोन पैलूंमध्ये विभागले जाऊ शकतात, एक म्हणजे इंटिग्रेटेड इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम (इंटिग्रेटेड सर्किट) ची जागा इंटिग्रेटेड ऑप्टिकल सिस्टम (इंटिग्रेटेड ऑप्टिकल सर्किट) ने घेणे; दुसरे ऑप्टिकल फायबर आणि डायलेक्ट्रिक प्लेन ऑप्टिकल वेव्हगाइडशी संबंधित आहे जे सिग्नल प्रसारित करण्यासाठी वायर किंवा कोएक्सियल केबलऐवजी प्रकाश लाटेचे मार्गदर्शन करतात.

एकात्मिक ऑप्टिकल मार्गामध्ये, ऑप्टिकल घटक वेफर सब्सट्रेटवर तयार होतात आणि सब्सट्रेटच्या आत किंवा पृष्ठभागावर तयार झालेल्या ऑप्टिकल वेव्हगाइड्सद्वारे जोडलेले असतात. एकात्मिक ऑप्टिकल मार्ग, जो पातळ फिल्मच्या स्वरूपात त्याच सब्सट्रेटवर ऑप्टिकल घटकांना एकत्रित करतो, मूळ ऑप्टिकल सिस्टमच्या लघुकरणाचे निराकरण करण्याचा आणि एकूण कामगिरी सुधारण्याचा एक महत्त्वाचा मार्ग आहे. एकात्मिक उपकरणाचे लहान आकार, स्थिर आणि विश्वासार्ह कामगिरी, उच्च कार्यक्षमता, कमी वीज वापर आणि वापरण्यास सुलभ फायदे आहेत.

सर्वसाधारणपणे, एकात्मिक सर्किट्सना एकात्मिक ऑप्टिकल सर्किट्सने बदलण्याचे फायदे म्हणजे वाढलेली बँडविड्थ, तरंगलांबी विभागणी मल्टीप्लेक्सिंग, मल्टीप्लेक्स स्विचिंग, लहान कपलिंग लॉस, लहान आकार, हलके वजन, कमी वीज वापर, चांगली बॅच तयारी अर्थव्यवस्था आणि उच्च विश्वासार्हता. प्रकाश आणि पदार्थांमधील विविध परस्परसंवादांमुळे, एकात्मिक ऑप्टिकल मार्गाच्या रचनेत फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्रभाव, ध्वनिक-ऑप्टिकल प्रभाव, मॅग्नेटो-ऑप्टिकल प्रभाव, थर्मो-ऑप्टिकल प्रभाव इत्यादी विविध भौतिक प्रभावांचा वापर करून नवीन उपकरण कार्ये देखील साकार केली जाऊ शकतात.

२. एकात्मिक प्रकाशशास्त्राचे संशोधन आणि अनुप्रयोग

एकात्मिक ऑप्टिक्सचा वापर उद्योग, लष्करी आणि अर्थव्यवस्था अशा विविध क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर केला जातो, परंतु तो प्रामुख्याने खालील बाबींमध्ये वापरला जातो:

१. कम्युनिकेशन आणि ऑप्टिकल नेटवर्क्स

हाय-स्पीड रिस्पॉन्स इंटिग्रेटेड लेसर सोर्स, वेव्हगाइड ग्रेटिंग अॅरे डेन्स वेव्हलेंथ डिव्हिजन मल्टीप्लेक्सर, नॅरोबँड रिस्पॉन्स इंटिग्रेटेड फोटोडिटेक्टर, राउटिंग वेव्हलेंथ कन्व्हर्टर, फास्ट रिस्पॉन्स ऑप्टिकल स्विचिंग मॅट्रिक्स, लो लॉस मल्टिपल अॅक्सेस वेव्हगाइड बीम स्प्लिटर इत्यादींसह हाय स्पीड आणि मोठ्या क्षमतेच्या ऑप्टिकल कम्युनिकेशन नेटवर्क्स साकार करण्यासाठी ऑप्टिकल इंटिग्रेटेड डिव्हाइसेस हे प्रमुख हार्डवेअर आहेत.

२. फोटोनिक संगणक

तथाकथित फोटॉन संगणक हा एक संगणक आहे जो माहिती प्रसारित करण्याचे माध्यम म्हणून प्रकाशाचा वापर करतो. फोटॉन हे बोसॉन आहेत, ज्यांचे विद्युत शुल्क नसते आणि प्रकाश किरण एकमेकांवर परिणाम न करता समांतर किंवा क्रॉस करू शकतात, ज्यामध्ये उत्तम समांतर प्रक्रिया करण्याची जन्मजात क्षमता आहे. फोटॉनिक संगणकात मोठी माहिती साठवण क्षमता, मजबूत हस्तक्षेप विरोधी क्षमता, पर्यावरणीय परिस्थितीसाठी कमी आवश्यकता आणि मजबूत फॉल्ट टॉलरन्स हे फायदे देखील आहेत. फोटॉनिक संगणकांचे सर्वात मूलभूत कार्यात्मक घटक म्हणजे एकात्मिक ऑप्टिकल स्विचेस आणि एकात्मिक ऑप्टिकल लॉजिक घटक.

३. इतर अनुप्रयोग, जसे की ऑप्टिकल माहिती प्रोसेसर, फायबर ऑप्टिक सेन्सर, फायबर ग्रेटिंग सेन्सर, फायबर ऑप्टिक जायरोस्कोप इ.