集成光学

1969年美国贝尔实验室Miller博士提出的概念

集成光学的概念是1969年美国贝尔实验室的Miller博士提出的。集成光学是在光电子学和微电子学基础上，采用集成方法研究和发展光学器件和混合光学电子学器件系统的一门新的学科。集成光学的理论基础是光学和光电子学，涉及波动光学与信息光学、非线性光学、半导体光电子学、晶体光学、薄膜光学、导波光学、耦合模与参量作用理论、薄膜光波导器件和体系等多方面的现代光学内容；其工艺基础则主要是薄膜技术和微电子工艺技术。集成光学的应用领域非常广泛，除了光纤通信、光纤传感技术、光学信息处理、光计算机与光存储等之外，还有其他领域，如材料科学研究、光学仪器、光谱研究等。

概念介绍

集成光学主要研究集成在一个平面衬底上的光学器件和光电子学系统的理论、技术与应用，是光学发展的必由之路。集成光学以半导体激光器、光调制器、接收器等光子和光电子元件为核心集成起来，并以具有一定功能的体系为标志，主要是研究和开发光通信、光学信息处理、光子计算机和光传感等所需的多功能、稳定、可靠的光集成体系和混合光电集成体系等。把激光器、调制器、探测器等有源器件集成在同一衬底上，并用光波导、隔离器、耦合器和滤波器等无源器件连接起来构成的微型光学系统称为集成光路，以实现光学系统的薄膜化、微型化和集成化。如果同时与电子器件（如场效应晶体管、电阻、电容等）集成，则构成混合光电子集成体系。

优点

与离散光学器件系统的比较

离散光学器件是将体型光学器件固定在大型的平台或光具座上，构成光学系统。该系统的大小大约是1m2的数量级，光束的粗细大约为1cm的程度。除了体积庞大之外，组装、调整也比较困难。集成光学系统具有如下优点：

1、光波在光波导中传播，光波容易控制和保持其能量。

2、集成化带来的稳固定位。如上所述，集成光学期待在同一块衬底上制作若干个器件，因而不存在离散光学器件所具有的组装问题，这样就可以保持稳定的组合，从而它对振动和温度等环境因素的适应性也比较强。

3、器件尺寸和相互作用长度缩短；相关的电子器件的工作电压也较低。

4、功率密度高。沿波导传输的光被限制在狭小的局部空间，导致较高的光功率密度，容易达到必要的器件工作阈值和利用非线性光学效应工作。

5、集成光学器件一般集成在厘米尺度的衬底上，其体积小，重量轻。

与集成电路的比较

光集成的优点可以分为两个方面，其一是用集成光学体系（集成光路）代替集成电子体系（集成电路）；其二则与导光波的光学纤维和介质平面光波导代替电线或者同轴电缆传输信号有关。

在集成光路上，各光学元件形成在一个晶片衬底上，用衬底内部或表面上形成的光波导连接起来。采用类似于半导体集成电路的方法，把光学元件以薄膜形式集成在同一衬底上的集成光路，是解决原有光学系统小型化和提高整体性能问题的重要途径。这样的集成器件具有体积小、性能稳定可靠、效率高、功耗低，使用方便等优点。

总的来说，用集成光路代替集成电路的优点包括带宽增加，波分复用，多路开关，耦合损耗小，尺寸小，重量轻，功耗小，成批制备经济性好，可靠性高等。由于光和物质的多种相互作用，还可以在集成光路的构成中，利用诸如光电效应、电光效应、声光效应、磁光效应、热光效应等多种物理效应，实现新型的器件功能。