ઇન્ટિગ્રેટેડ ઓપ્ટિક્સ શું છે?

૧૯૬૯માં બેલ લેબોરેટરીઝના ડૉ. મિલર દ્વારા ઇન્ટિગ્રેટેડ ઓપ્ટિક્સનો ખ્યાલ રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો. ઇન્ટિગ્રેટેડ ઓપ્ટિક્સ એ એક નવો વિષય છે જે ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સના આધારે ઇન્ટિગ્રેટેડ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને ઓપ્ટિકલ ડિવાઇસ અને હાઇબ્રિડ ઓપ્ટિકલ ઇલેક્ટ્રોનિક ડિવાઇસ સિસ્ટમ્સનો અભ્યાસ અને વિકાસ કરે છે. ઇન્ટિગ્રેટેડ ઓપ્ટિક્સનો સૈદ્ધાંતિક આધાર ઓપ્ટિક્સ અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ છે, જેમાં વેવ ઓપ્ટિક્સ અને ઇન્ફર્મેશન ઓપ્ટિક્સ, નોનલાઇનર ઓપ્ટિક્સ, સેમિકન્ડક્ટર ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ, ક્રિસ્ટલ ઓપ્ટિક્સ, થિન ફિલ્મ ઓપ્ટિક્સ, ગાઇડેડ વેવ ઓપ્ટિક્સ, કપલ્ડ મોડ અને પેરામેટ્રિક ઇન્ટરેક્શન થિયરી, થિન ફિલ્મ ઓપ્ટિકલ વેવગાઇડ ડિવાઇસ અને સિસ્ટમ્સનો સમાવેશ થાય છે. ટેકનોલોજીકલ આધાર મુખ્યત્વે થિન ફિલ્મ ટેકનોલોજી અને માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ ટેકનોલોજી છે. ઇન્ટિગ્રેટેડ ઓપ્ટિક્સનો એપ્લિકેશન ક્ષેત્ર ખૂબ જ વિશાળ છે, ઓપ્ટિકલ ફાઇબર કોમ્યુનિકેશન, ઓપ્ટિકલ ફાઇબર સેન્સિંગ ટેકનોલોજી, ઓપ્ટિકલ ઇન્ફર્મેશન પ્રોસેસિંગ, ઓપ્ટિકલ કમ્પ્યુટર અને ઓપ્ટિકલ સ્ટોરેજ ઉપરાંત, મટીરીયલ સાયન્સ રિસર્ચ, ઓપ્ટિકલ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સ, સ્પેક્ટ્રલ રિસર્ચ જેવા અન્ય ક્ષેત્રો પણ છે.

પ્રથમ, સંકલિત ઓપ્ટિકલ ફાયદા

1. ડિસ્ક્રીટ ઓપ્ટિકલ ડિવાઇસ સિસ્ટમ્સ સાથે સરખામણી

ડિસ્ક્રીટ ઓપ્ટિકલ ડિવાઇસ એ એક પ્રકારનું ઓપ્ટિકલ ડિવાઇસ છે જે ઓપ્ટિકલ સિસ્ટમ બનાવવા માટે મોટા પ્લેટફોર્મ અથવા ઓપ્ટિકલ બેઝ પર નિશ્ચિત હોય છે. સિસ્ટમનું કદ લગભગ 1m2 છે, અને બીમની જાડાઈ લગભગ 1cm છે. તેના મોટા કદ ઉપરાંત, એસેમ્બલી અને ગોઠવણ પણ વધુ મુશ્કેલ છે. ઇન્ટિગ્રેટેડ ઓપ્ટિકલ સિસ્ટમના નીચેના ફાયદા છે:

1. પ્રકાશ તરંગો ઓપ્ટિકલ વેવગાઇડ્સમાં ફેલાય છે, અને પ્રકાશ તરંગો તેમની ઊર્જાને નિયંત્રિત કરવા અને જાળવવા માટે સરળ છે.

2. એકીકરણ સ્થિર સ્થિતિ લાવે છે. ઉપર જણાવ્યા મુજબ, એકીકૃત ઓપ્ટિક્સ એક જ સબસ્ટ્રેટ પર અનેક ઉપકરણો બનાવવાની અપેક્ષા રાખે છે, તેથી ડિસ્ક્રીટ ઓપ્ટિક્સ જેવી કોઈ એસેમ્બલી સમસ્યાઓ નથી, જેથી સંયોજન સ્થિર રહી શકે, જેથી તે કંપન અને તાપમાન જેવા પર્યાવરણીય પરિબળો માટે પણ વધુ અનુકૂલનશીલ બને.

(૩) ઉપકરણનું કદ અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયા લંબાઈ ટૂંકી કરવામાં આવે છે; સંકળાયેલ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ પણ ઓછા વોલ્ટેજ પર કાર્ય કરે છે.

4. ઉચ્ચ પાવર ઘનતા. વેવગાઇડ સાથે પ્રસારિત થતો પ્રકાશ નાની સ્થાનિક જગ્યા સુધી મર્યાદિત હોય છે, જેના પરિણામે ઉચ્ચ ઓપ્ટિકલ પાવર ઘનતા મળે છે, જે જરૂરી ઉપકરણ ઓપરેટિંગ થ્રેશોલ્ડ સુધી પહોંચવા અને બિન-રેખીય ઓપ્ટિકલ અસરો સાથે કામ કરવા માટે સરળ છે.

5. સંકલિત ઓપ્ટિક્સ સામાન્ય રીતે સેન્ટીમીટર-સ્કેલ સબસ્ટ્રેટ પર સંકલિત હોય છે, જે કદમાં નાનું અને વજનમાં હલકું હોય છે.

2. સંકલિત સર્કિટ સાથે સરખામણી

ઓપ્ટિકલ ઇન્ટિગ્રેશનના ફાયદાઓને બે પાસાઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે, એક ઇન્ટિગ્રેટેડ ઇલેક્ટ્રોનિક સિસ્ટમ (ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ) ને ઇન્ટિગ્રેટેડ ઓપ્ટિકલ સિસ્ટમ (ઇન્ટિગ્રેટેડ ઓપ્ટિકલ સર્કિટ) થી બદલવાનો છે; બીજો ઓપ્ટિકલ ફાઇબર અને ડાઇલેક્ટ્રિક પ્લેન ઓપ્ટિકલ વેવગાઇડ સાથે સંબંધિત છે જે સિગ્નલ ટ્રાન્સમિટ કરવા માટે વાયર અથવા કોએક્સિયલ કેબલને બદલે પ્રકાશ તરંગને માર્ગદર્શન આપે છે.

એકીકૃત ઓપ્ટિકલ પાથમાં, ઓપ્ટિકલ તત્વો વેફર સબસ્ટ્રેટ પર રચાય છે અને સબસ્ટ્રેટની અંદર અથવા સપાટી પર રચાયેલા ઓપ્ટિકલ વેવગાઇડ્સ દ્વારા જોડાયેલા હોય છે. એકીકૃત ઓપ્ટિકલ પાથ, જે પાતળા ફિલ્મના રૂપમાં સમાન સબસ્ટ્રેટ પર ઓપ્ટિકલ તત્વોને એકીકૃત કરે છે, તે મૂળ ઓપ્ટિકલ સિસ્ટમના લઘુચિત્રીકરણને ઉકેલવા અને એકંદર કામગીરીમાં સુધારો કરવાનો એક મહત્વપૂર્ણ માર્ગ છે. સંકલિત ઉપકરણમાં નાના કદ, સ્થિર અને વિશ્વસનીય કામગીરી, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, ઓછી શક્તિ વપરાશ અને સરળ ઉપયોગના ફાયદા છે.

સામાન્ય રીતે, ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ્સને ઇન્ટિગ્રેટેડ ઓપ્ટિકલ સર્કિટથી બદલવાના ફાયદાઓમાં બેન્ડવિડ્થમાં વધારો, વેવલેન્થ ડિવિઝન મલ્ટિપ્લેક્સિંગ, મલ્ટિપ્લેક્સ સ્વિચિંગ, નાનું કપલિંગ નુકશાન, નાનું કદ, હલકું વજન, ઓછું પાવર વપરાશ, સારી બેચ તૈયારી અર્થતંત્ર અને ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતાનો સમાવેશ થાય છે. પ્રકાશ અને દ્રવ્ય વચ્ચેની વિવિધ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને કારણે, ઇન્ટિગ્રેટેડ ઓપ્ટિકલ પાથની રચનામાં ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર, ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિકલ અસર, એકોસ્ટો-ઓપ્ટિકલ અસર, મેગ્નેટો-ઓપ્ટિકલ અસર, થર્મો-ઓપ્ટિકલ અસર વગેરે જેવા વિવિધ ભૌતિક પ્રભાવોનો ઉપયોગ કરીને નવા ઉપકરણ કાર્યો પણ સાકાર કરી શકાય છે.

2. સંકલિત ઓપ્ટિક્સનું સંશોધન અને ઉપયોગ

ઇન્ટિગ્રેટેડ ઓપ્ટિક્સનો ઉપયોગ ઉદ્યોગ, લશ્કરી અને અર્થતંત્ર જેવા વિવિધ ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે થાય છે, પરંતુ તેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે નીચેના પાસાઓમાં થાય છે:

૧. કોમ્યુનિકેશન અને ઓપ્ટિકલ નેટવર્ક્સ

ઓપ્ટિકલ ઇન્ટિગ્રેટેડ ડિવાઇસ એ હાઇ સ્પીડ અને મોટી ક્ષમતાવાળા ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન નેટવર્ક્સને સાકાર કરવા માટે મુખ્ય હાર્ડવેર છે, જેમાં હાઇ-સ્પીડ રિસ્પોન્સ ઇન્ટિગ્રેટેડ લેસર સોર્સ, વેવગાઇડ ગ્રેટિંગ એરે ડેન્સ વેવલેન્થ ડિવિઝન મલ્ટિપ્લેક્સર, નેરોબેન્ડ રિસ્પોન્સ ઇન્ટિગ્રેટેડ ફોટોડિટેક્ટર, રૂટીંગ વેવલેન્થ કન્વર્ટર, ફાસ્ટ રિસ્પોન્સ ઓપ્ટિકલ સ્વિચિંગ મેટ્રિક્સ, લો લોસ મલ્ટિપલ એક્સેસ વેવગાઇડ બીમ સ્પ્લિટર વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

2. ફોટોનિક કમ્પ્યુટર

કહેવાતા ફોટોન કમ્પ્યુટર એ એક એવું કમ્પ્યુટર છે જે પ્રકાશનો ઉપયોગ માહિતીના પ્રસારણ માધ્યમ તરીકે કરે છે. ફોટોન એ બોસોન છે, જેમાં કોઈ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ નથી, અને પ્રકાશ કિરણો એકબીજાને અસર કર્યા વિના સમાંતર અથવા ક્રોસ કરી શકે છે, જેમાં મહાન સમાંતર પ્રક્રિયા કરવાની જન્મજાત ક્ષમતા છે. ફોટોનિક કમ્પ્યુટરમાં મોટી માહિતી સંગ્રહ ક્ષમતા, મજબૂત હસ્તક્ષેપ વિરોધી ક્ષમતા, પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓ માટે ઓછી આવશ્યકતાઓ અને મજબૂત ફોલ્ટ સહિષ્ણુતાના ફાયદા પણ છે. ફોટોનિક કમ્પ્યુટરના સૌથી મૂળભૂત કાર્યાત્મક ઘટકો સંકલિત ઓપ્ટિકલ સ્વીચો અને સંકલિત ઓપ્ટિકલ લોજિક ઘટકો છે.

3. અન્ય એપ્લિકેશનો, જેમ કે ઓપ્ટિકલ ઇન્ફોર્મેશન પ્રોસેસર, ફાઇબર ઓપ્ટિક સેન્સર, ફાઇબર ગ્રેટિંગ સેન્સર, ફાઇબર ઓપ્ટિક ગાયરોસ્કોપ, વગેરે.