इंटीग्रेटेड ऑप्टिक्स क्या है?

एकीकृत प्रकाशिकी की अवधारणा बेल प्रयोगशाला के डॉ. मिलर द्वारा 1969 में प्रस्तुत की गई थी। एकीकृत प्रकाशिकी एक नया विषय है जो ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के आधार पर एकीकृत विधियों का उपयोग करके प्रकाशीय उपकरणों और संकर प्रकाशीय इलेक्ट्रॉनिक उपकरण प्रणालियों का अध्ययन और विकास करता है। एकीकृत प्रकाशिकी का सैद्धांतिक आधार प्रकाशिकी और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स है, जिसमें तरंग प्रकाशिकी और सूचना प्रकाशिकी, अरैखिक प्रकाशिकी, अर्धचालक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स, क्रिस्टल प्रकाशिकी, पतली फिल्म प्रकाशिकी, निर्देशित तरंग प्रकाशिकी, युग्मित मोड और पैरामीट्रिक अंतःक्रिया सिद्धांत, पतली फिल्म प्रकाशिकी तरंगमार्ग उपकरण और प्रणालियाँ शामिल हैं। इसका तकनीकी आधार मुख्य रूप से पतली फिल्म प्रौद्योगिकी और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी है। एकीकृत प्रकाशिकी का अनुप्रयोग क्षेत्र बहुत व्यापक है, प्रकाशीय तंतु संचार, प्रकाशीय तंतु संवेदन प्रौद्योगिकी, प्रकाशीय सूचना प्रसंस्करण, प्रकाशीय कंप्यूटर और प्रकाशीय भंडारण के अलावा, अन्य क्षेत्र भी हैं, जैसे पदार्थ विज्ञान अनुसंधान, प्रकाशीय उपकरण, वर्णक्रमीय अनुसंधान।

सबसे पहले, एकीकृत ऑप्टिकल लाभ

1. असतत ऑप्टिकल उपकरण प्रणालियों के साथ तुलना

असतत प्रकाशिक उपकरण एक प्रकार का प्रकाशिक उपकरण है जिसे एक बड़े प्लेटफॉर्म या प्रकाशिक आधार पर स्थिर करके एक प्रकाशिक प्रणाली बनाई जाती है। इस प्रणाली का आकार लगभग 1 वर्ग मीटर होता है और किरण की मोटाई लगभग 1 सेंटीमीटर होती है। इसके बड़े आकार के अलावा, इसे असेंबल करना और समायोजित करना भी अधिक कठिन होता है। एकीकृत प्रकाशिक प्रणाली के निम्नलिखित लाभ हैं:

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

2. एकीकरण से स्थिर स्थिति सुनिश्चित होती है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एकीकृत प्रकाशिकी में एक ही आधार पर कई उपकरण बनाने की अपेक्षा की जाती है, इसलिए असतत प्रकाशिकी में आने वाली संयोजन संबंधी समस्याएं नहीं होती हैं, जिससे संयोजन स्थिर हो सकता है, और यह कंपन और तापमान जैसे पर्यावरणीय कारकों के प्रति अधिक अनुकूल भी होता है।

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

4. उच्च शक्ति घनत्व। वेवगाइड के साथ संचारित प्रकाश एक छोटे स्थानीय स्थान तक सीमित रहता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च प्रकाशीय शक्ति घनत्व प्राप्त होता है, जो आवश्यक उपकरण संचालन सीमा तक आसानी से पहुँच जाता है और गैर-रेखीय प्रकाशीय प्रभावों के साथ काम करता है।

5. एकीकृत प्रकाशिकी को आम तौर पर सेंटीमीटर-स्केल 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: पहला, एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली (एकीकृत परिपथ) को एकीकृत ऑप्टिकल प्रणाली (एकीकृत ऑप्टिकल परिपथ) से प्रतिस्थापित करना; दूसरा, सिग्नल संचारित करने के लिए तार या समाक्षीय केबल के बजाय प्रकाश तरंग को निर्देशित करने वाले ऑप्टिकल फाइबर और परावैद्युत समतल ऑप्टिकल वेवगाइड से संबंधित है।

एकीकृत ऑप्टिकल पथ में, ऑप्टिकल तत्व एक वेफर सब्सट्रेट पर निर्मित होते हैं और सब्सट्रेट के अंदर या सतह पर निर्मित ऑप्टिकल वेवगाइड्स द्वारा जुड़े होते हैं। एक ही सब्सट्रेट पर पतली फिल्म के रूप में ऑप्टिकल तत्वों को एकीकृत करने वाला एकीकृत ऑप्टिकल पथ, मूल ऑप्टिकल सिस्टम के आकार को छोटा करने और समग्र प्रदर्शन को बेहतर बनाने का एक महत्वपूर्ण तरीका है। एकीकृत उपकरण के कई फायदे हैं, जैसे छोटा आकार, स्थिर और विश्वसनीय प्रदर्शन, उच्च दक्षता, कम बिजली खपत और उपयोग में आसानी।

सामान्य तौर पर, एकीकृत परिपथों को एकीकृत प्रकाशीय परिपथों से बदलने के लाभों में बढ़ी हुई बैंडविड्थ, तरंगदैर्ध्य विभाजन मल्टीप्लेक्सिंग, मल्टीप्लेक्स स्विचिंग, कम युग्मन हानि, छोटा आकार, हल्का वजन, कम बिजली खपत, बेहतर बैच निर्माण मितव्ययिता और उच्च विश्वसनीयता शामिल हैं। प्रकाश और पदार्थ के बीच विभिन्न अंतःक्रियाओं के कारण, एकीकृत प्रकाशीय पथ के निर्माण में प्रकाश विद्युत प्रभाव, विद्युत-प्रकाशिक प्रभाव, ध्वनिक-प्रकाशिक प्रभाव, चुंबकीय-प्रकाशिक प्रभाव, ऊष्मा-प्रकाशिक 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 मुख्य उपयोग निम्नलिखित पहलुओं में होता है:

1. संचार और ऑप्टिकल नेटवर्क

ऑप्टिकल इंटीग्रेटेड डिवाइस उच्च गति और बड़ी क्षमता वाले ऑप्टिकल संचार नेटवर्क को साकार करने के लिए प्रमुख 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

फोटॉन कंप्यूटर एक ऐसा कंप्यूटर है जो सूचना के संचरण माध्यम के रूप में प्रकाश का उपयोग करता है। फोटॉन बोसॉन होते हैं, जिन पर कोई विद्युत आवेश नहीं होता, और प्रकाश किरणें एक-दूसरे को प्रभावित किए बिना समानांतर या एक-दूसरे को पार कर सकती हैं, जिससे इनमें समानांतर प्रसंस्करण की अंतर्निहित क्षमता होती है। फोटॉन कंप्यूटर में सूचना भंडारण की उच्च क्षमता, हस्तक्षेप-रोधी क्षमता, पर्यावरणीय परिस्थितियों के लिए कम आवश्यकताएं और त्रुटि सहनशीलता जैसे लाभ भी होते हैं। फोटॉन कंप्यूटर के सबसे मूलभूत 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।