Techniklexikon

Optik integrierte

Teilgebiet der Informationstechnik, das ausschließlich auf der optischen Strahlung als Me dium für die Informationsübertragung und -Verarbeitung basiert und die Integration miniaturisierter aktiver und passiver optischer Elemente zu komplexen Gesamtsystemen (optischen Baugruppen) umfaßt. Die i. O. kann als Grenzgebiet zur integrierten Optoelektronik angesehen werden und weist eine Reihe von Analogien zur Mikroelektronik auf. Wegen der extrem großen Bandbreite optischer Strahlung ermöglichen rein optische Übertragungssysteme jedoch prinzipiell wesentlich höhere Schaltgeschwindigkeiten und Datendurchsatzraten (Bitrate) als integrierte elektronische Schaltungen bzw. optoelektronische Systeme (Optoelektronik, integrierte). Von der i. O. sind grundsätzlich die gleichen Vorteile zu erwarten, wie sie bei IS vorliegen. Darüber hinaus haben Systeme der i. O. eine sehr hohe Störsicherheit gegen elektromagnetische Strahlung. Zur Realisierung integrierter optischer Systeme sind analog zu elektronischen Systemen Bauelemente erforderlich, die optische Signale erzeugen, führen und verarbeiten können. Integrierte optische Schaltungen (abgekürzt IOC) werden auf Substraten mit optischer Oberflächenqualität hergestellt, die sowohl die Wellenleiter aufnehmen und gleichzeitig als Träger für passive Elemente (wie Prismen, Gitter, Koppler) und aktive optische Elemente dienen (Strahlungsemitter-Bauelement), Strahlungsempfänger- Bauelemente, Modulatoren, Filter, Richtungskoppler, Polarisatoren und Frequenzwandler sowie multistabile Schaltelemente). Das Zusammenwirken dieser Elemente auf das geführte Licht ermöglicht die gezielte Beeinflussung von dessen Frequenz, Amplitude, Phase, Polarisation bzw. Wellenrichtung und erlaubt somit die Ausführung der gewünschten Systemfunktion. Die Lichtführung selbst beruht auf der inneren Totalreflexion und erfolgt mit plana-ren oder geformten Streifen- und Wellenleitern, deren geometrische Abmessungen in mindestens einer räumlichen Dimension mit der Lichtwellenlänge vergleichbar sein müssen. Hieraus ergeben sich die hohen Anforderungen an die Herstellungstechnologien für IOC, die in vielen Punkten mit der Planartechnik für Submikrostrukturen vergleichbar ist. Während die Einzelelemente der i. O. bereits im Labormaßstab realisiert werden konnten, befindet sich deren Integration noch in einem frühen Forschungsstadium. Wie bei elektronischen IS sind hybride und monolithische integrierte Systeme möglich, die spezifische Vor- und Nachteile zeigen. Wichtigstes Substratmaterial für Hybridsysteme der i. O. ist der isolierende Werkstoff Lithiumniobat (LiNb03). Derartige hybride IOC weisen gegenwärtig den höchsten Entwicklungsstand auf. Demonstriert wurden bisher Digital-Korrelatoren, Analog-Digital-Wandler mit 1 Gbits, Echtzeit-Spektren-analysatoren, Signal- und Zahlenprozessoren. Alle diese Systeme stehen für ein zukünftiges Hauptanwendungsgebiet die optische Informationsverarbeitung mit 10- bis lOOfach höheren Verarbeitungsgeschwindigkeiten. Längerfristiges Ziel ist die optische Datenverarbeitung, d. h. ein optischer Computer, dessen Grundelemente ebenfalls bereits demonstriert wurden. Ein weiteres bedeutendes Einsatzgebiet von IOC ist die Informationsübertragung ausschließlich mit optischen Elementen (Licht- und Wellenleiter, Koppler, Repeater).