집적 광학이라는 개념은 1969년 벨 연구소의 밀러 박사에 의해 처음 제시되었습니다. 집적 광학은 광전자공학과 마이크로전자공학을 기반으로 집적 방식을 이용하여 광학 소자 및 하이브리드 광전자 소자 시스템을 연구하고 개발하는 새로운 학문 분야입니다. 집적 광학의 이론적 기반은 광학 및 광전자공학이며, 파동 광학, 정보 광학, 비선형 광학, 반도체 광전자공학, 결정 광학, 박막 광학, 유도파 광학, 결합 모드 및 파라미터 상호작용 이론, 박막 광 도파관 소자 및 시스템 등을 포함합니다. 기술적 기반은 주로 박막 기술과 마이크로전자공학 기술입니다. 집적 광학의 응용 분야는 매우 광범위하며, 광섬유 통신, 광섬유 센싱 기술, 광 정보 처리, 광 컴퓨터 및 광 저장 장치 외에도 재료 과학 연구, 광학 기기, 분광 연구 등 다양한 분야에 적용됩니다.
첫째, 통합 광학적 이점
1. 개별 광학 소자 시스템과의 비교
개별 광학 장치는 대형 플랫폼 또는 광학 베이스에 고정되어 광학 시스템을 구성하는 광학 장치의 한 유형입니다. 시스템의 크기는 약 1m² 정도이며, 빔 두께는 약 1cm입니다. 크기가 클 뿐만 아니라 조립 및 조정 또한 더 어렵습니다. 통합 광학 시스템은 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.
1. 빛은 광 도파관을 통해 전파되며, 빛은 에너지를 쉽게 제어하고 유지할 수 있습니다.
2. 통합은 안정적인 위치 지정을 가능하게 합니다. 앞서 언급했듯이, 집적 광학은 동일한 기판에 여러 소자를 구현하는 것을 목표로 하므로, 개별 광학 소자에서 발생하는 조립 문제가 없어 안정적인 결합이 가능하며, 진동이나 온도와 같은 환경 요인에도 더욱 잘 적응할 수 있습니다.
(3) 장치 크기와 상호 작용 길이가 단축됩니다. 관련 전자 장치도 더 낮은 전압에서 작동합니다.
4. 높은 전력 밀도. 도파관을 따라 전송되는 빛은 작은 국소 공간에 집중되어 높은 광 전력 밀도를 나타내므로, 필요한 장치 작동 임계값에 쉽게 도달하고 비선형 광학 효과를 활용할 수 있습니다.
5. 집적 광학 장치는 일반적으로 센티미터 크기의 기판에 집적되므로 크기가 작고 무게가 가볍습니다.
2. 집적 회로와의 비교
광 집적화의 장점은 크게 두 가지 측면으로 나눌 수 있습니다. 하나는 집적 전자 시스템(집적 회로)을 집적 광 시스템(집적 광 회로)으로 대체하는 것이고, 다른 하나는 신호 전송 시 전선이나 동축 케이블 대신 광섬유와 유전체 평면 광 도파관을 사용하여 광파를 전달하는 것입니다.
집적 광 경로는 웨이퍼 기판 상에 광학 소자들이 형성되고, 기판 내부 또는 표면에 형성된 광 도파관을 통해 서로 연결되는 구조입니다. 박막 형태로 동일 기판 상에 광학 소자들을 집적하는 집적 광 경로는 기존 광 시스템의 소형화 문제를 해결하고 전반적인 성능을 향상시키는 중요한 방법입니다. 집적 소자는 소형화, 안정적이고 신뢰할 수 있는 성능, 높은 효율, 낮은 전력 소비, 그리고 간편한 사용이라는 장점을 가지고 있습니다.
일반적으로 집적 회로를 집적 광 회로로 대체할 경우 대역폭 증가, 파장 분할 다중화, 다중 스위칭, 낮은 결합 손실, 소형화, 경량화, 저전력 소비, 우수한 배치 생산 경제성 및 높은 신뢰성 등의 이점을 얻을 수 있습니다. 또한, 빛과 물질 간의 다양한 상호작용을 활용하여 광전 효과, 전기광학 효과, 음향광학 효과, 자기광학 효과, 열광학 효과 등 다양한 물리적 효과를 집적 광 경로 구성에 적용함으로써 새로운 소자 기능을 구현할 수 있습니다.
2. 집적 광학의 연구 및 응용
집적 광학은 산업, 군사, 경제 등 다양한 분야에서 널리 사용되지만, 주로 다음과 같은 분야에서 사용됩니다.
1. 통신 및 광 네트워크
광 집적 소자는 고속 및 대용량 광 통신 네트워크를 구현하는 데 핵심적인 하드웨어로, 고속 응답 집적 레이저 광원, 도파관 격자 배열 고밀도 파장 분할 다중화기, 협대역 응답 집적 광 검출기, 라우팅 파장 변환기, 고속 응답 광 스위칭 매트릭스, 저손실 다중 접속 도파관 빔 분할기 등이 포함됩니다.
2. 광자 컴퓨터
소위 광자 컴퓨터는 빛을 정보 전송 매체로 사용하는 컴퓨터입니다. 광자는 전하가 없는 보손의 일종으로, 빛은 서로 영향을 주지 않고 평행하게 또는 교차하며 지나갈 수 있어 뛰어난 병렬 처리 능력을 갖추고 있습니다. 또한 광자 컴퓨터는 대용량 정보 저장, 강력한 항간섭 능력, 낮은 환경 요구 조건, 그리고 높은 내결함성 등의 장점을 지닙니다. 광자 컴퓨터의 가장 기본적인 기능 부품은 집적 광 스위치와 집적 광 논리 소자입니다.
3. 기타 응용 분야로는 광 정보 처리기, 광섬유 센서, 광섬유 격자 센서, 광섬유 자이로스코프 등이 있습니다.
게시 시간: 2023년 6월 28일