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            集成光學的材料工藝與元件集成及應用

上一文我們為大家講解了什么是集成光學、集成光學興起的原因、集成光學的運用范圍、集成光學的學科理論。本文我們將繼續深入了解集成光學，關于集成光學的材料工藝、集成光學的元件集成、集成光學的學科應用。

集成光學的材料工藝

集成光學所用的媒質材料，要具有一定的折射率，一般是比襯底折射率高；做成光波導以后，傳輸損耗要求小于每厘米一分貝；媒質材料應具有多種功能，工藝上便于成膜和器件制作與集成；在外界各種工作環境下具有長期穩定工作的性能，已探索過的材料有玻璃、半導體、有機材料以及鐵電體等。

集成光學元器件的工藝技術主要涉及成膜與光路微加工。通常采用外延、質子轟擊、離子注入、固態擴散、離子交換、高頻濺射、真空蒸發、等離子聚合等作為成膜工藝；采用光刻、電子束曝光、全息曝光、同步輻射、光鎖定、化學刻蝕、濺射刻蝕(離子銑)、反應離子刻蝕作為光路微加工技術。另外，高速脈沖技術，則是測試和在應用中不可缺少的手段。研究得最多的是用固態擴散制備鈮酸鋰(LiNbO3)光波導及器件，用外延制備半導體異質結光波導和器件，用離子交換制備玻璃光波導。

集成光學的元件集成

現在已經做出了很多對應于大塊光學元件的各種薄膜波導元件，如薄膜媒質光波導、薄膜激光器、耦合器、調制器、開關、偏轉器、薄膜透鏡、棱鏡、探測器、濾波器、光學雙穩態器件、半加器回路、模-數轉換器、傅里葉變換器、頻譜分析器、卷積、存儲器等。在光波導中，觀察到二次諧波產生、混頻、受激布里淵散射、受激喇曼發射等非線性光學效應，以及薄膜中像的傳輸和轉換等現象。

現在一些元件的集成也已經實現，例如在同一襯底上，三種典型元件(激光器、波導、探測器)的集成，六個分布反饋激光器的集成，三個探測器的集成，注入式激光器和場效應晶體管的集成等。
集成光路不—定需要在一個襯底上集成所有光學元件，很多應用是有限幾種元件的集成，甚至在一個襯底上做同種元件的集成(單功能集成)。已經出現光學元件和電學元件之間的集成，今后還可能出現光、電、聲、磁元件結合在—起的集成。

集成光學的學科應用

集成光學的應用領域是多方面的，除了光纖通信、光纖傳感器、光學信息處理和光計算機外，導波光學原理、薄膜光波導器件和回路，還在向其他領域，如材料科學研究、光學儀器、光譜研究等方面滲透。以固體化、小型化、集成化為目標的光信息傳輸和處理系統其應用的領域是多方面的。除光纖通信、光纖傳感器、光學信息處理和光計算機外，導波光學原理、薄膜光波導器件和回路，還在向其他領域（如材料科學研究、光學儀器、光譜研究等）滲透。 數據在互聯網上移動就好像汽車在公路上行駛。假如汽車不必轉換方向，直奔目的地，那么速度會非常快。但是，假如汽車不得不在十字路口轉換方向，那么它的速度就要慢得多。同樣地，這種情況也會發生在信息高速公路上。光束載著數據通過光纖以極快的速度傳播，當數據到達一個服務器時，服務器會改變數據的傳送方向，使它們到達最終的目的地。人們還必須要把光信號轉化為電流，這些過程使一切都慢了下來。

電子在電路中以每秒鐘幾千公里的速度傳遞，而光在光纖中的傳播速度則將近每秒鐘30萬公里。“集成光學系統”將可以使數據以光的形式傳播，而且不必通過服務器轉換，而是通過芯片的惟一信道直達目的地。科學家們為大家描述的這種“集成光學系統”其實是指安裝了特殊芯片的集成電路板。這種芯片中安裝的不是微型電子線路，而是微型光學線路。技術上還存在困難。“集成光學系統”還只是個科學上的構想，離當前流行的集成電路技術還非常地遙遠。但也正是因為如此，歐洲航天局才籌資開始了以下這兩項研究。奧斯迪爾姆被要求研究傳統的光學通道，而阿爾卡特爾正在調查一項“集成光學系統”方案。歐洲航天局雄心勃勃的達爾文計劃也將使用“集成光學系統”，不過它所涉及的光的波長要比鬼怪計劃的中涉及的光波要長。這是“集成光學系統”還未曾涉及的領域。“集成光學系統”這項成果的意義遠不是人們可以更好地尋找行星。在地球上，對于每一個家庭電腦的用戶來說，這項成果都具有非同尋常的意義。互聯網的速度將會快10萬倍，以這樣的速度在網上沖浪將會是多么震撼。

本文們為大家講解了集成光學的材料工藝、集成光學的元件集成、集成光學的學科應用。希望對有需要的讀者有所幫助。