集成光学技术jicheng guangxue jishuintegrated optics technology

在共同衬底上采用现代薄膜技术，将各种光学器件用光波导连结，形成光信息处理系统的工程技术。亦称集成光路或光集成技术。
集成光学技术应包括光电集成技术，即把光电子技术、微电子技术与光学波导技术结合起来，发挥光子和电子各自的优点，完成更为复杂完整功能的技术。
集成光学技术从集成方式上可分为两类：
❶混合集成技术。在公共基片上装配光学元件或组件作为功能块，光学元件之间用直接端面耦合或通过透镜耦合实现光连结的方法；
❷单片集成技术。在共同衬底上用相同的或兼容的晶体材料制作光学元件及光波导用薄膜的方法；基片主要采用的材料是：
❶半导体。如Si、GaAs和InP;
❷电光材料。如LiNbO3和LiTaO3;
❸磁光材料。如稀土铁石榴石；
❹陶瓷和玻璃材料。生长高质量单晶薄膜，采用液相外延、汽相外延、分子束外延和金属有机化合物汽相沉积等优异生长技术。生长光波导薄膜也可采用SiO2和有机聚合物等适合大规模集成的廉价材料。用GaAs和InP系材料做为光源、检测器、电光控制器件、波导器件和电子控制电路的共同衬底，将使集成光学技术有更广泛的应用。
光集成中的光学器件通常分为有源器件和无源器件。有源器件包括各种光源、光检测器和有源波导。无源器件包括平面光波导元件、微型光栅、微透镜和光纤波导元件等。利用平面和光纤波导的各种性质制成的器件，如光调制器、光开关、光分路/合路器、光分波/合波器、光控制器、光计算单元、光存贮器和光互连器等，可以实现光信息处理功能。利用光电集成技术中光电/电光转换器，可以将微电子信息处理的所有资源移植到集成光学功能中，发挥光信息处理和电信息处理各自的优点，提高信息处理能力。集成光学技术集中了光子和微电子做为信息载体的优点，突出了超高速、超高频、超大容量、低传输损耗、低成本和功能完整等特点，尤其是光传输和光纤传输系统与电传输相比，重量和体积成倍减少、抗干扰和反监听能力大大增加。因此，在现代武器系统中与未来智能化武器系统中，集成光学技术处于十分重要的地位。同时在信息社会中，集成光学技术的应用渗透到国民经济各个领域，除已广泛应用在光通信领域外，还将在光信息处理、光计算机、多媒体技术、超短光脉冲技术和光纤传感技术等方面发挥不可替代的作用。
在先进武器装备中，如军用飞机、航天飞机、舰艇、坦克、导弹、导航系统、雷达、遥控/遥测系统、空间武器、光电对抗、指挥与通信系统等，集成光学技术可完成信息获取、传输、处理、存贮、控制、分析和记录等功能。光信息处理、光运算和光存贮方面的发展，将使光计算机的运行速度成数量级地提高，从而使武器系统的快速反应能力大大提高。利用光互连技术实现在芯片内部、芯片之间、电路板之间和子系统之间的信息传递，不仅提高了信息交换速度和容量，而且解决了大规模并行分布连线中电磁干扰造成的限制、金属线和数据总线受到的封装密度和传输带宽的限制以及互连中接线脚数量的限制的问题。纤维光学波导的集成，实现了长距离、无噪声、无失真及低损耗的高速数据和微波信息的传输，在多基地雷达系统、火控系统和指挥系统中显示出无可比拟的优越性。光纤集成波导可以耐高压，不产生短路和共地回路，隔离性能最好，并具有绝缘好、抗燃烧、抗腐蚀和抗电磁干扰的特点，可以安全工作在易燃、易爆、高电压、强磁场、盐雾和核辐射等恶劣环境中。光纤波导及相应的光电集成在机载、弹载、星载和舰载设备中的应用，可以成倍地减少缆、线的重量和体积。光纤放大器及其集成，使得传输能力及适用领域大为扩展。纤维光学传感技术发挥了集成光学杰出的敏感特性，在各种武器平台上，对温度、速度、流量、振动、姿态、形变、压力和光照等环境参量进行检测、传递、处理和控制，提高了武器系统的自适应能力。
从20世纪60年代后期提出集成光学概念以来，集成光学技术发展十分迅速，涉及领域逐步扩展。在理论方面，从一维光波导模型到二维光波导模型的计算分析以及在微波导研究中引入量子场理论等，使认识不断深入。在技术方面，从局部光集成发展到全光集成，并结合光电集成开拓新的应用领域；从探索各种导波光学器件发展到发挥较大规模集成光学技术的综合优势；从分立装配混合集成发展到各类元器件的单片集成；从单一的电光材料LiNbO3发展到GaAs、InP和有机聚合物等多种波导材料，且应用在不断扩展。中国从70年代开始光波元件的研究，已经可以制作光源、光波导元件和检测器等元器件，80年代开展了光电集成、光集成和纤维光学集成的研究，并取得进展。
预计到21世纪，集成光学技术将成为高技术武器装备中的核心技术之一。超高速全光计算机和光互连技术将普遍受到重视。在光信息传输中将注重发展频分复用、波分复用和时分复用的多路信息复接技术，提高并行分布光信息处理的能力，加强集成光学在多媒体技术中的应用，提高信息传输的距离、容量和质量。随着集成度和工作频率的提高，具有封装寄生参量小、易于输出输入匹配、电压驻波比小、传输速率高和噪声低等优点的单片集成技术将是重点发展目标。在光信息处理集成光路中将加快发展SiO2/Si基光波导和聚合物光波导。它们的成功将使集成度大幅度提高，甚至实现光路板和全光系统。集成光学技术在光功率传输与转换方面也取得长足进展。由于集成光学技术的介入，未来武器系统的反应速度、智能化水平、综合作战能力和电子战能力都将大大提高。集成光学技术和光电子技术的应用程度将成为装备水平的重要标志。