Le concept d'optique intégrée a été proposé par le Dr Miller des Laboratoires Bell en 1969. L'optique intégrée est une nouvelle discipline qui étudie et développe des dispositifs optiques et des systèmes hybrides optoélectroniques utilisant des méthodes intégrées basées sur l'optoélectronique et la microélectronique. Les fondements théoriques de l'optique intégrée sont l'optique et l'optoélectronique, impliquant l'optique ondulatoire et l'optique de l'information, l'optique non linéaire, l'optoélectronique des semi-conducteurs, l'optique cristalline, l'optique des couches minces, l'optique des ondes guidées, la théorie des modes couplés et des interactions paramétriques, ainsi que les dispositifs et systèmes de guides d'ondes optiques à couches minces. Les fondements technologiques reposent principalement sur la technologie des couches minces et la microélectronique. Le champ d'application de l'optique intégrée est très vaste : outre la communication par fibre optique, la technologie de détection par fibre optique, le traitement optique de l'information, les ordinateurs optiques et le stockage optique, il existe d'autres domaines tels que la recherche en science des matériaux, les instruments optiques et la recherche spectrale.
Premièrement, les avantages de l’optique intégrée
1. Comparaison avec les systèmes de dispositifs optiques discrets
Un dispositif optique discret est un dispositif optique fixé sur une grande plateforme ou base optique pour former un système optique. La taille du système est de l'ordre de 1 m² et l'épaisseur du faisceau est d'environ 1 cm. Outre sa grande taille, l'assemblage et le réglage sont plus complexes. Le système optique intégré présente les avantages suivants :
1. Les ondes lumineuses se propagent dans des guides d'ondes optiques et il est facile de contrôler et de maintenir leur énergie.
2. L'intégration assure un positionnement stable. Comme mentionné précédemment, l'optique intégrée permet de fabriquer plusieurs dispositifs sur le même substrat. Elle élimine ainsi les problèmes d'assemblage rencontrés avec l'optique discrète. La combinaison est donc stable et s'adapte mieux aux facteurs environnementaux tels que les vibrations et la température.
(3) La taille de l'appareil et la longueur d'interaction sont raccourcies ; l'électronique associée fonctionne également à des tensions plus faibles.
4. Densité de puissance élevée. La lumière transmise le long du guide d'ondes est confinée dans un espace restreint, ce qui produit une densité de puissance optique élevée, permettant d'atteindre facilement les seuils de fonctionnement nécessaires et de travailler avec des effets optiques non linéaires.
5. L'optique intégrée est généralement intégrée sur un substrat centimétrique, de petite taille et léger.
2. Comparaison avec les circuits intégrés
Les avantages de l'intégration optique peuvent être divisés en deux aspects, l'un consiste à remplacer le système électronique intégré (circuit intégré) par le système optique intégré (circuit optique intégré) ; l'autre est lié à la fibre optique et au guide d'ondes optique plan diélectrique qui guident l'onde lumineuse au lieu du fil ou du câble coaxial pour transmettre le signal.
Dans un chemin optique intégré, les éléments optiques sont formés sur un substrat de plaquette et reliés par des guides d'ondes optiques formés à l'intérieur ou à la surface du substrat. Le chemin optique intégré, qui intègre des éléments optiques sur un même substrat sous forme de film mince, est un moyen important de résoudre le problème de miniaturisation du système optique d'origine et d'améliorer les performances globales. Ce dispositif intégré présente les avantages suivants : petite taille, performances stables et fiables, rendement élevé, faible consommation d'énergie et simplicité d'utilisation.
En général, le remplacement des circuits intégrés par des circuits optiques intégrés présente les avantages suivants : bande passante accrue, multiplexage en longueur d'onde, commutation multiplex, faibles pertes de couplage, taille compacte, légèreté, faible consommation d'énergie, faible coût de préparation des lots et grande fiabilité. Grâce aux diverses interactions entre la lumière et la matière, de nouvelles fonctions peuvent également être réalisées grâce à l'utilisation de divers effets physiques tels que les effets photoélectrique, électro-optique, acousto-optique, magnéto-optique et thermo-optique, entre autres, dans la composition du chemin optique intégré.
2. Recherche et application de l'optique intégrée
L'optique intégrée est largement utilisée dans divers domaines tels que l'industrie, l'armée et l'économie, mais elle est principalement utilisée dans les aspects suivants :
1. Réseaux de communication et optiques
Les dispositifs optiques intégrés sont le matériel clé pour réaliser des réseaux de communication optique à grande vitesse et à grande capacité, y compris une source laser intégrée à réponse à grande vitesse, un multiplexeur à division de longueur d'onde dense à réseau de guides d'ondes, un photodétecteur intégré à réponse à bande étroite, un convertisseur de longueur d'onde de routage, une matrice de commutation optique à réponse rapide, un séparateur de faisceau de guide d'ondes à accès multiple à faible perte, etc.
2. Ordinateur photonique
L'ordinateur photonique utilise la lumière comme moyen de transmission de l'information. Les photons sont des bosons dépourvus de charge électrique, et les faisceaux lumineux peuvent circuler parallèlement ou se croiser sans s'influencer, ce qui lui confère une capacité de traitement parallèle importante. L'ordinateur photonique présente également les avantages d'une grande capacité de stockage d'informations, d'une forte capacité anti-interférence, de faibles exigences environnementales et d'une forte tolérance aux pannes. Les composants fonctionnels les plus fondamentaux des ordinateurs photoniques sont des commutateurs optiques intégrés et des composants logiques optiques intégrés.
3. Autres applications, telles que le processeur d'informations optiques, le capteur à fibre optique, le capteur à réseau de fibres, le gyroscope à fibre optique, etc.
Date de publication : 28 juin 2023