集成光學

集成光學主要研究集成在一個平面襯底上的光學器件和光電子學系統的理論 、 技術與應用 ， 是光學發展的必由之路。 集成光學以半導體激光器 、 光調製器 、 接收器等光子和光電子元件為核心集成起來 ， 並以具有一定功能的體系為標誌 ，主要是研究和開發光通信 、 光學信息處理 、 光子計算機和光傳感等所需的多功能 、 穩定 、 可靠的光集成體系和混合光電集成體系等 。 把激光器 、 調製器 、 探測器等有源器件集成在同一襯底上 ， 並用光波導 、隔離器 、 耦合器和濾波器等無源器件連接起來構成的微型光學系統稱為集成光路 ， 以實現光學系統的薄膜化 、 微型化和集成化 。 如果同時與電子器件 （如場效應晶體管 、 電阻、電容等） 集成 ， 則構成混合光電子集成體系。

離散光學器件是將體型光學器件固定在大型的平台或光具座上 ， 構成光學系統 。該系統的大小大約是1m²的數量級 ， 光束的粗細大約為1cm的程度 。 除了體積龐大之外 ， 組裝 、 調整也比較困難 。集成光學系統具有如下優點：

1、光波在光波導中傳播 ， 光波容易控制和保持其能量 。

2、集成化帶來的穩固定位 。 如上所述 ， 集成光學期待在同一塊襯底上製作若干個器件 ， 因而不存在離散光學器件所具有的組裝問題 ， 這樣就可以保持穩定的組合 ， 從而它對振動和温度等環境因素的適應性也比較強。

3、器件尺寸和相互作用長度縮短 ； 相關的電子器件的工作電壓也較低 。

4、功率密度高 。 沿波導傳輸的光被限制在狹小的局部空間 ， 導致較高的光功率密度 ， 容易達到必要的器件工作閾值和利用非線性光學效應工作 。

5、集成光學器件一般集成在釐米尺度的襯底上 ， 其體積小 ， 重量輕 。 ^[1] 

光集成的優點可以分為兩個方面 ，其一是用集成光學體系 （集成光路）代替集成電子體系 （集成電路）；其二則與導光波的光學纖維和介質平面光波導代替電線或者同軸電纜傳輸信號有關 。

在集成光路上 ， 各光學元件形成在一個晶片襯底上 ， 用襯底內部或表面上形成的光波導連接起來 。 採用類似於半導體集成電路的方法 ， 把光學元件以薄膜形式集成在同一襯底上的集成光路 ， 是解決原有光學系統小型化和提高整體性能問題的重要途徑 。 這樣的集成器件具有體積小 、 性能穩定可靠 、 效率高 、 功耗低 ，使用方便等優點 。

總的來説 ， 用集成光路代替集成電路的優點包括帶寬增加， 波分複用，多路開關，耦合損耗小 ，尺寸小， 重量輕， 功耗小， 成批製備經濟性好， 可靠性高等 。 由於光和物質的多種相互作用 ， 還可以在集成光路的構成中， 利用諸如光電效應、電光效應、聲光效應、磁光效應、熱光效應等多種物理效應，實現新型的器件功能。

集成光學在工業、軍事、經濟等各個領域內都有廣泛的應用，但主要應用在以下幾方面：

1、通信與光網絡

光集成器件是實現高速率大容量光通信網絡的關鍵硬件，包括高速響應集成激光源、波導光柵陣列密集波分複用器、窄帶響應集成光電探測器、路由選擇的波長變換器、快速響應光開關矩陣、低損耗多址波導分束器等。

2、光子計算機

所謂光子計算機，就是利用光作為信息的傳遞媒體的計算機。光子屬玻色子，不帶電荷，光束可以平行或交叉通過而不相互影響，具有先天的巨平行處理能力。光子計算機還有信息存儲量大、抗干擾能力強、對環境條件要求低、容錯性強等優勢。而光子計算機的最基本的功能元件就是集成光開關和集成光邏輯元件。

3、其他方面的應用，如光信息處理器、光纖傳感器、光纖光柵傳感器、光纖陀螺等。 ^[2]