एकात्मिक प्रकाशिकी म्हणजे काय?

एकात्मिक प्रकाशिकीची संकल्पना १९६९ मध्ये बेल लॅबोरेटरीजचे डॉ. मिलर यांनी मांडली. एकात्मिक प्रकाशिकी हा एक नवीन विषय आहे, जो ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स आणि मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्सच्या आधारावर एकात्मिक पद्धती वापरून प्रकाशिकी उपकरणे आणि संकरित प्रकाशिकी इलेक्ट्रॉनिक उपकरण प्रणालींचा अभ्यास व विकास करतो. एकात्मिक प्रकाशिकीचा सैद्धांतिक आधार प्रकाशिकी आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स आहे, ज्यामध्ये तरंग प्रकाशिकी आणि माहिती प्रकाशिकी, अरेखीय प्रकाशिकी, अर्धसंवाहक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स, स्फटिक प्रकाशिकी, पातळ-थर प्रकाशिकी, मार्गदर्शित तरंग प्रकाशिकी, युग्मित पद्धत आणि पॅरामीट्रिक आंतरक्रिया सिद्धांत, पातळ-थर प्रकाशिकी तरंगमार्गदर्शक उपकरणे आणि प्रणाली यांचा समावेश होतो. याचा तांत्रिक आधार प्रामुख्याने पातळ-थर तंत्रज्ञान आणि मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स तंत्रज्ञान आहे. एकात्मिक प्रकाशिकीचे उपयोजन क्षेत्र खूप व्यापक आहे; प्रकाशिकी फायबर संचार, प्रकाशिकी फायबर संवेदन तंत्रज्ञान, प्रकाशिकी माहिती प्रक्रिया, प्रकाशिकी संगणक आणि प्रकाशिकी साठवणूक यांव्यतिरिक्त, पदार्थ विज्ञान संशोधन, प्रकाशिकी उपकरणे, वर्णपटीय संशोधन यांसारखी इतर क्षेत्रेही आहेत.

प्रथम, एकात्मिक ऑप्टिकल फायदे

१. स्वतंत्र ऑप्टिकल उपकरण प्रणालींशी तुलना

डिस्क्रीट ऑप्टिकल डिव्हाइस हा एक प्रकारचा ऑप्टिकल डिव्हाइस आहे जो एका मोठ्या प्लॅटफॉर्मवर किंवा ऑप्टिकल बेसवर निश्चित केला जातो आणि त्यातून एक ऑप्टिकल सिस्टीम तयार होते. या सिस्टीमचा आकार सुमारे 1m2 असतो आणि बीमची जाडी सुमारे 1cm असते. त्याच्या मोठ्या आकाराव्यतिरिक्त, त्याची जुळवणी आणि समायोजन देखील अधिक कठीण असते. इंटिग्रेटेड ऑप्टिकल सिस्टीमचे खालील फायदे आहेत:

१. ऑप्टिकल वेव्हगाईड्समध्ये प्रकाश लहरी प्रसारित होतात आणि प्रकाश लहरींवर नियंत्रण ठेवणे व त्यांची ऊर्जा टिकवून ठेवणे सोपे असते.

२. एकीकरणामुळे स्थिर स्थिती प्राप्त होते. वर नमूद केल्याप्रमाणे, एकात्मिक ऑप्टिक्समध्ये एकाच सब्सट्रेटवर अनेक उपकरणे बनवण्याची अपेक्षा असते, त्यामुळे स्वतंत्र ऑप्टिक्समध्ये येणाऱ्या जोडणीच्या समस्या यात नसतात, ज्यामुळे हे संयोजन स्थिर राहू शकते आणि ते कंपन व तापमान यांसारख्या पर्यावरणीय घटकांशी अधिक जुळवून घेऊ शकते.

(3) डिव्हाइसचा आकार आणि परस्परसंवादाची लांबी कमी होते; संबंधित इलेक्ट्रॉनिक्स देखील कमी व्होल्टेजवर चालतात.

४. उच्च शक्ती घनता. वेव्हगाईडमधून प्रसारित होणारा प्रकाश एका लहान स्थानिक जागेपुरता मर्यादित राहतो, ज्यामुळे उच्च ऑप्टिकल शक्ती घनता निर्माण होते. यामुळे उपकरणाच्या आवश्यक कार्यान्वयन मर्यादा गाठणे आणि नॉन-लिनियर ऑप्टिकल परिणामांसह कार्य करणे सोपे होते.

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

२. एकात्मिक सर्किट्सशी तुलना

ऑप्टिकल एकीकरणाचे फायदे दोन पैलूंमध्ये विभागले जाऊ शकतात, एक म्हणजे एकात्मिक इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली (एकात्मिक सर्किट) च्या जागी एकात्मिक ऑप्टिकल प्रणाली (एकात्मिक ऑप्टिकल सर्किट) वापरणे; आणि दुसरे म्हणजे सिग्नल प्रसारित करण्यासाठी वायर किंवा कोएक्सियल केबलऐवजी प्रकाश लहरींना मार्गदर्शन करणाऱ्या ऑप्टिकल फायबर आणि डायलेक्ट्रिक प्लेन ऑप्टिकल वेव्हगाइडशी संबंधित आहे.

एकात्मिक ऑप्टिकल मार्गामध्ये, ऑप्टिकल घटक वेफर सबस्ट्रेटवर तयार केले जातात आणि सबस्ट्रेटच्या आत किंवा पृष्ठभागावर तयार केलेल्या ऑप्टिकल वेव्हगाईड्सद्वारे जोडले जातात. एकाच सबस्ट्रेटवर पातळ थराच्या स्वरूपात ऑप्टिकल घटकांना एकत्रित करणारा एकात्मिक ऑप्टिकल मार्ग, मूळ ऑप्टिकल प्रणालीचे लघुकरण करण्याची समस्या सोडवण्यासाठी आणि एकूण कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी एक महत्त्वाचा मार्ग आहे. एकात्मिक उपकरणाचे फायदे म्हणजे लहान आकार, स्थिर आणि विश्वसनीय कार्यक्षमता, उच्च कार्यक्षमता, कमी वीज वापर आणि सुलभ वापर.

सर्वसाधारणपणे, इंटिग्रेटेड सर्किट्सच्या जागी इंटिग्रेटेड ऑप्टिकल सर्किट्स वापरण्याचे फायदे म्हणजे वाढलेली बँडविड्थ, वेव्हलेंथ डिव्हिजन मल्टिप्लेक्सिंग, मल्टिप्लेक्स स्विचिंग, कमी कपलिंग लॉस, लहान आकार, हलके वजन, कमी वीज वापर, मोठ्या प्रमाणात उत्पादनातील किफायतशीरपणा आणि उच्च विश्वसनीयता. प्रकाश आणि पदार्थ यांच्यातील विविध आंतरक्रियांच्यामुळे, इंटिग्रेटेड ऑप्टिकल मार्गाच्या रचनेत फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट, इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल इफेक्ट, अ‍ॅक्युस्टो-ऑप्टिकल इफेक्ट, मॅग्नेटो-ऑप्टिकल इफेक्ट, थर्मो-ऑप्टिकल इफेक्ट इत्यादी विविध भौतिक परिणामांचा वापर करून नवीन उपकरणांची कार्ये देखील साध्य करता येतात.

२. एकात्मिक प्रकाशिकीचे संशोधन आणि उपयोजन

एकात्मिक प्रकाशिकीचा वापर उद्योग, लष्कर आणि अर्थव्यवस्था यांसारख्या विविध क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो, परंतु त्याचा उपयोग प्रामुख्याने खालील बाबींमध्ये होतो:

१. संचार आणि ऑप्टिकल नेटवर्क

उच्च गती आणि मोठ्या क्षमतेचे ऑप्टिकल कम्युनिकेशन नेटवर्क साकारण्यासाठी ऑप्टिकल इंटिग्रेटेड उपकरणे हे प्रमुख हार्डवेअर आहेत, ज्यामध्ये उच्च-गती प्रतिसाद देणारा इंटिग्रेटेड लेझर स्रोत, वेव्हगाईड ग्रेटिंग अॅरे डेन्स वेव्हलेंथ डिव्हिजन मल्टिप्लेक्सर, नॅरोबँड प्रतिसाद देणारा इंटिग्रेटेड फोटोडिटेक्टर, रूटिंग वेव्हलेंथ कन्व्हर्टर, जलद प्रतिसाद देणारा ऑप्टिकल स्विचिंग मॅट्रिक्स, कमी हानी असलेला मल्टिपल अॅक्सेस वेव्हगाईड बीम स्प्लिटर इत्यादींचा समावेश होतो.

२. फोटोनिक संगणक

तथाकथित फोटॉन संगणक हा एक असा संगणक आहे जो माहितीच्या प्रसारणासाठी प्रकाशाचा माध्यम म्हणून वापर करतो. फोटॉन हे बोसॉन आहेत, ज्यांच्यावर कोणताही विद्युत प्रभार नसतो, आणि प्रकाशकिरण एकमेकांवर परिणाम न करता समांतर किंवा एकमेकांना छेदून जाऊ शकतात, ज्यामुळे त्यांच्यामध्ये उत्तम समांतर प्रक्रिया करण्याची उपजत क्षमता असते. फोटॉनिक संगणकामध्ये मोठी माहिती साठवण क्षमता, मजबूत व्यत्यय-प्रतिरोधक क्षमता, पर्यावरणीय परिस्थितीसाठी कमी आवश्यकता आणि मजबूत दोष सहनशीलता हे फायदे देखील आहेत. फोटॉनिक संगणकाचे 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, इत्यादी.