एकीकृत प्रकाशिकी क्या है?

एकीकृत प्रकाशिकी की अवधारणा को बेल प्रयोगशालाओं के डॉ. मिलर ने 1969 में सामने रखा था। एकीकृत प्रकाशिकी एक नया विषय है जो ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के आधार पर एकीकृत विधियों का उपयोग करके ऑप्टिकल उपकरणों और हाइब्रिड ऑप्टिकल इलेक्ट्रॉनिक उपकरण प्रणालियों का अध्ययन और विकास करता है। एकीकृत प्रकाशिकी का सैद्धांतिक आधार प्रकाशिकी और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स है, जिसमें तरंग प्रकाशिकी और सूचना प्रकाशिकी, गैर-रेखीय प्रकाशिकी, अर्धचालक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स, क्रिस्टल प्रकाशिकी, पतली फिल्म प्रकाशिकी, निर्देशित तरंग प्रकाशिकी, युग्मित मोड और पैरामीट्रिक इंटरैक्शन सिद्धांत, पतली फिल्म ऑप्टिकल वेवगाइड डिवाइस और सिस्टम शामिल हैं। तकनीकी आधार मुख्य रूप से पतली फिल्म प्रौद्योगिकी और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी है। एकीकृत प्रकाशिकी का अनुप्रयोग क्षेत्र बहुत व्यापक है

पहला, एकीकृत ऑप्टिकल लाभ

1. असतत ऑप्टिकल उपकरण प्रणालियों के साथ तुलना

असतत प्रकाशीय उपकरण एक प्रकार का प्रकाशीय उपकरण है जिसे एक बड़े प्लेटफ़ॉर्म या प्रकाशीय आधार पर स्थिर करके एक प्रकाशीय प्रणाली बनाई जाती है। इस प्रणाली का आकार लगभग 1 वर्ग मीटर होता है और किरणपुंज की मोटाई लगभग 1 सेमी होती है। इसके बड़े आकार के अलावा, संयोजन और समायोजन भी अधिक कठिन होता है। एकीकृत प्रकाशीय प्रणाली के निम्नलिखित लाभ हैं:

1. प्रकाश तरंगें ऑप्टिकल वेवगाइड में प्रसारित होती हैं, और प्रकाश तरंगों को नियंत्रित करना और उनकी ऊर्जा को बनाए रखना आसान होता है।

2. एकीकरण स्थिर स्थिति प्रदान करता है। जैसा कि ऊपर बताया गया है, एकीकृत प्रकाशिकी में एक ही सब्सट्रेट पर कई उपकरण बनाने की अपेक्षा की जाती है, इसलिए इसमें असतत प्रकाशिकी जैसी संयोजन समस्याएँ नहीं होतीं, जिससे संयोजन स्थिर हो सकता है, और यह कंपन और तापमान जैसे पर्यावरणीय कारकों के प्रति अधिक अनुकूल भी हो सकता है।

(3) डिवाइस का आकार और अंतःक्रिया की लंबाई छोटी हो जाती है; संबंधित इलेक्ट्रॉनिक्स भी कम वोल्टेज पर काम करते हैं।

4. उच्च शक्ति घनत्व। वेवगाइड के साथ प्रेषित प्रकाश एक छोटे से स्थानीय स्थान तक सीमित रहता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च प्रकाशीय शक्ति घनत्व प्राप्त होता है, जिससे आवश्यक उपकरण संचालन सीमा तक पहुँचना और अरैखिक प्रकाशीय प्रभावों के साथ काम करना आसान हो जाता है।

5. एकीकृत प्रकाशिकी को आम तौर पर एक सेंटीमीटर-पैमाने के सब्सट्रेट पर एकीकृत किया जाता है, जो आकार में छोटा और वजन में हल्का होता है।

2. एकीकृत परिपथों के साथ तुलना

ऑप्टिकल एकीकरण के लाभों को दो पहलुओं में विभाजित किया जा सकता है, एक एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली (एकीकृत सर्किट) को एकीकृत ऑप्टिकल सिस्टम (एकीकृत ऑप्टिकल सर्किट) के साथ बदलना है; दूसरा ऑप्टिकल फाइबर और ढांकता हुआ विमान ऑप्टिकल वेवगाइड से संबंधित है जो सिग्नल संचारित करने के लिए तार या समाक्षीय केबल के बजाय प्रकाश तरंग का मार्गदर्शन करता है।

एक एकीकृत प्रकाशिक पथ में, प्रकाशिक तत्व एक वेफर सब्सट्रेट पर निर्मित होते हैं और सब्सट्रेट के अंदर या सतह पर निर्मित प्रकाशिक वेवगाइड द्वारा जुड़े होते हैं। एकीकृत प्रकाशिक पथ, जो एक ही सब्सट्रेट पर प्रकाशिक तत्वों को पतली फिल्म के रूप में एकीकृत करता है, मूल प्रकाशिक प्रणाली के लघुकरण की समस्या को हल करने और समग्र प्रदर्शन में सुधार करने का एक महत्वपूर्ण तरीका है। एकीकृत उपकरण के छोटे आकार, स्थिर और विश्वसनीय प्रदर्शन, उच्च दक्षता, कम बिजली की खपत और आसान उपयोग जैसे लाभ हैं।

सामान्यतः, एकीकृत परिपथों को एकीकृत प्रकाशीय परिपथों से बदलने के लाभों में बढ़ी हुई बैंडविड्थ, तरंगदैर्ध्य विभाजन बहुसंकेतन, बहुसंकेतन स्विचिंग, कम युग्मन हानि, छोटा आकार, हल्का वजन, कम बिजली की खपत, अच्छी बैच तैयारी दक्षता और उच्च विश्वसनीयता शामिल हैं। प्रकाश और पदार्थ के बीच विभिन्न अंतःक्रियाओं के कारण, एकीकृत प्रकाशीय पथ की संरचना में प्रकाश-विद्युत प्रभाव, विद्युत-प्रकाशीय प्रभाव, ध्वनि-प्रकाशीय प्रभाव, चुंबकीय-प्रकाशीय प्रभाव, ताप-प्रकाशीय प्रभाव आदि जैसे विभिन्न भौतिक प्रभावों का उपयोग करके नए उपकरण कार्यों को भी साकार किया जा सकता है।

2. एकीकृत प्रकाशिकी का अनुसंधान और अनुप्रयोग

एकीकृत प्रकाशिकी का उपयोग उद्योग, सैन्य और अर्थव्यवस्था जैसे विभिन्न क्षेत्रों में व्यापक रूप से किया जाता है, लेकिन इसका उपयोग मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलुओं में किया जाता है:

1. संचार और ऑप्टिकल नेटवर्क

ऑप्टिकल एकीकृत उपकरण उच्च गति और बड़ी क्षमता वाले ऑप्टिकल संचार नेटवर्क को साकार करने के लिए महत्वपूर्ण हार्डवेयर हैं, जिनमें उच्च गति प्रतिक्रिया एकीकृत लेजर स्रोत, वेवगाइड ग्रेटिंग ऐरे सघन तरंगदैर्ध्य विभाजन मल्टीप्लेक्सर, नैरोबैंड प्रतिक्रिया एकीकृत फोटोडिटेक्टर, रूटिंग तरंगदैर्ध्य कनवर्टर, तीव्र प्रतिक्रिया ऑप्टिकल स्विचिंग मैट्रिक्स, कम हानि मल्टीपल एक्सेस वेवगाइड बीम स्प्लिटर आदि शामिल हैं।

2. फोटोनिक कंप्यूटर

तथाकथित फोटॉन कंप्यूटर एक ऐसा कंप्यूटर है जो सूचना के संचरण माध्यम के रूप में प्रकाश का उपयोग करता है। फोटॉन बोसॉन होते हैं, जिनमें कोई विद्युत आवेश नहीं होता है, और प्रकाश किरणें एक-दूसरे को प्रभावित किए बिना समानांतर या क्रॉस-पास से गुजर सकती हैं, जिसमें उत्कृष्ट समानांतर प्रसंस्करण की अंतर्निहित क्षमता होती है। फोटोनिक कंप्यूटर में बड़ी सूचना भंडारण क्षमता, मजबूत हस्तक्षेप-रोधी क्षमता, पर्यावरणीय परिस्थितियों के लिए कम आवश्यकताएं और मजबूत दोष सहिष्णुता जैसे लाभ भी होते हैं। फोटोनिक कंप्यूटर के सबसे बुनियादी कार्यात्मक घटक एकीकृत ऑप्टिकल स्विच और एकीकृत ऑप्टिकल लॉजिक घटक हैं।

3. अन्य अनुप्रयोग, जैसे ऑप्टिकल सूचना प्रोसेसर, फाइबर ऑप्टिक सेंसर, फाइबर ग्रेटिंग सेंसर, फाइबर ऑप्टिक जाइरोस्कोप, आदि।