एकीकृत प्रकाशिकी क्या है?

एकीकृत प्रकाशिकी की अवधारणा को 1969 में बेल प्रयोगशालाओं के डॉ. मिलर ने आगे रखा था। एकीकृत प्रकाशिकी एक नया विषय है जो ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के आधार पर एकीकृत तरीकों का उपयोग करके ऑप्टिकल उपकरणों और हाइब्रिड ऑप्टिकल इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस सिस्टम 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 तकनीक और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स तकनीक है। एकीकृत प्रकाशिकी का अनुप्रयोग क्षेत्र बहुत व्यापक है, ऑप्टिकल फाइबर संचार, ऑप्टिकल फाइबर सेंसिंग तकनीक, ऑप्टिकल सूचना प्रसंस्करण, ऑप्टिकल कंप्यूटर और ऑप्टिकल स्टोरेज के अलावा, अन्य क्षेत्र भी हैं, जैसे कि सामग्री विज्ञान अनुसंधान, ऑप्टिकल उपकरण, स्पेक्ट्रल अनुसंधान।

पहला, एकीकृत ऑप्टिकल लाभ

1. असतत ऑप्टिकल डिवाइस प्रणालियों के साथ तुलना

असतत ऑप्टिकल डिवाइस एक प्रकार का ऑप्टिकल डिवाइस है जिसे ऑप्टिकल सिस्टम बनाने के लिए एक बड़े प्लेटफ़ॉर्म या ऑप्टिकल बेस पर फिक्स किया जाता है। सिस्टम का आकार लगभग 1m2 होता है, और बीम की मोटाई लगभग 1 सेमी होती है। इसके बड़े आकार के अलावा, असेंबली और एडजस्टमेंट भी अधिक कठिन होता है। एकीकृत ऑप्टिकल सिस्टम के निम्नलिखित लाभ हैं:

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

2. एकीकरण स्थिर स्थिति लाता है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एकीकृत प्रकाशिकी एक ही सब्सट्रेट पर कई डिवाइस बनाने की उम्मीद करती है, इसलिए असतत प्रकाशिकी की तरह कोई असेंबली समस्या नहीं होती है, ताकि संयोजन स्थिर हो सके, ताकि यह कंपन और तापमान जैसे पर्यावरणीय कारकों के लिए भी अधिक अनुकूल हो।

(3) डिवाइस का आकार और इंटरैक्शन 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 ऑप्टिकल शक्ति घनत्व होता है, जो आवश्यक डिवाइस ऑपरेटिंग थ्रेसहोल्ड तक पहुंचना और नॉनलाइनियर ऑप्टिकल प्रभावों के साथ काम करना आसान होता है।

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

2. एकीकृत सर्किट के साथ तुलना

ऑप्टिकल एकीकरण के फायदे 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।

एकीकृत ऑप्टिकल पथ में, ऑप्टिकल तत्व एक वेफर सब्सट्रेट पर बनते हैं और सब्सट्रेट के अंदर या सतह पर बने ऑप्टिकल वेवगाइड द्वारा जुड़े होते हैं। एकीकृत ऑप्टिकल पथ, जो पतली फिल्म के रूप में एक ही सब्सट्रेट पर ऑप्टिकल तत्वों को एकीकृत करता है, मूल ऑप्टिकल सिस्टम के लघुकरण को हल करने और समग्र प्रदर्शन में सुधार करने का एक महत्वपूर्ण तरीका है। एकीकृत डिवाइस में छोटे आकार, स्थिर और विश्वसनीय प्रदर्शन, उच्च दक्षता, कम बिजली की खपत और आसान उपयोग के फायदे हैं।

सामान्य तौर पर, एकीकृत सर्किट को एकीकृत ऑप्टिकल सर्किट से बदलने के फायदों में बढ़ी हुई बैंडविड्थ, तरंगदैर्ध्य विभाजन मल्टीप्लेक्सिंग, मल्टीप्लेक्स स्विचिंग, छोटे युग्मन नुकसान, छोटे आकार, हल्के वजन, कम बिजली की खपत, अच्छी बैच तैयारी अर्थव्यवस्था और उच्च विश्वसनीयता शामिल हैं। प्रकाश और पदार्थ के बीच विभिन्न अंतःक्रियाओं के कारण, एकीकृत ऑप्टिकल पथ की संरचना में फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्रभाव, एकॉस्टो-ऑप्टिकल प्रभाव, मैग्नेटो-ऑप्टिकल प्रभाव, थर्मो-ऑप्टिकल प्रभाव आदि जैसे विभिन्न भौतिक प्रभावों का उपयोग करके नए डिवाइस फ़ंक्शन भी महसूस किए जा सकते हैं।

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, संकीर्ण बैंड प्रतिक्रिया एकीकृत फोटो डिटेक्टर, 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 बोसोन होते हैं, जिनमें कोई विद्युत आवेश नहीं होता है, और प्रकाश किरणें एक दूसरे को प्रभावित किए बिना समानांतर या क्रॉस कर सकती हैं, जिसमें महान समानांतर प्रसंस्करण की सहज क्षमता होती है। फोटोनिक कंप्यूटर में बड़ी सूचना भंडारण क्षमता, मजबूत विरोधी हस्तक्षेप क्षमता, पर्यावरणीय परिस्थितियों के लिए कम आवश्यकताएं और मजबूत दोष सहिष्णुता के फायदे भी 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।