光子集成電路工作原理定義是光子集成電路PIC使用激光源注入驅(qū)動元件的光，就像轉(zhuǎn)動開關(guān)注入能量為電子元件供電一樣。集成光子技術(shù)，通常被稱為超越摩爾，是一種使用光而不是電來解決電子產(chǎn)品集成和發(fā)熱等缺點的技術(shù)。通過使用這項技術(shù)，小工具現(xiàn)在可以以更快的速度傳輸數(shù)據(jù)。PIC具有體積小、速度快、熱效應(yīng)小、集成能力大以及與當前工藝流程兼容等優(yōu)點，可實現(xiàn)高產(chǎn)量、大規(guī)模生產(chǎn)和更低的價格。集成光子學的眾多應(yīng)用包括數(shù)據(jù)傳輸、傳感、汽車工業(yè)和天文學。

　光子集成電路的應(yīng)用領(lǐng)域：

　PIC使用激光源注入驅(qū)動元件的光，就像轉(zhuǎn)動開關(guān)注入能量為電子元件供電一樣。集成光子技術(shù)，通常被稱為超越摩爾，是一種使用光而不是電來解決電子產(chǎn)品集成和發(fā)熱等缺點的技術(shù)。

　該技術(shù)將設(shè)備提升到一個新的水平，實現(xiàn)更快和更大的數(shù)據(jù)傳輸速率。PIC具有諸如縮小尺寸、加快速度、減少熱效應(yīng)以及與當前加工工藝兼容等優(yōu)勢，從而實現(xiàn)高產(chǎn)量、巨大的集成能力、大規(guī)模生產(chǎn)和更低的價格。集成光子學主題有很多用途，包括數(shù)據(jù)傳輸、傳感、汽車行業(yè)和天文學。

　1.醫(yī)療保健和醫(yī)學

　集成光子學打開了芯片實驗室(LOC)技術(shù)的大門，通過使用先進的生物傳感器和價格更合理的生物醫(yī)學診斷工具，減少等待時間并讓醫(yī)生和患者進行診斷。SurfiX Diagnostics的診斷平臺提供多種基于超靈敏光子生物傳感器的即時檢測。

　同樣，Amazec Photonics使用光子芯片創(chuàng)建了一種光纖傳感技術(shù)，無需將溫度傳感器注入體內(nèi)即可進行高分辨率溫度檢測（0.1毫開爾文的分數(shù)）。醫(yī)療專業(yè)人員可以通過這種方式測量心輸出量和體外循環(huán)的血液量。EFI的OptiGrip設(shè)備是光學傳感器技術(shù)的另一個例子，因為它使外科醫(yī)生能夠在微創(chuàng)手術(shù)過程中更好地控制組織感覺。

　2.汽車和工程應(yīng)用

　PIC可用于傳感器系統(tǒng)，例如激光雷達（光檢測和測距），以監(jiān)控移動車輛周圍的區(qū)域。車內(nèi)連接也可以使用Li-Fi提供，Li-Fi是一種與WiFi類似但使用光的技術(shù)。這項技術(shù)使車輛和城市基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信變得更加容易，從而提高了駕駛員的安全性。例如，現(xiàn)代汽車可以識別交通標志并提醒司機注意張貼的限速。

　工程師可以使用光纖傳感器來測量各種參數(shù)，包括壓力、溫度、加速度、振動和機械應(yīng)變。PhotonFirst的傳感器使用集成光子學來測量電動汽車電池的溫度、基礎(chǔ)設(shè)施的壓力以及飛機形狀的變化。

　3.農(nóng)業(yè)與食品

　為了減少浪費和檢測疾病，傳感器被用于農(nóng)業(yè)和食品部門的進步。得益于PIC支持的光傳感器技術(shù)，食品供應(yīng)鏈現(xiàn)在可以識別水果和植物的疾病、成熟度和營養(yǎng)成分。除了測量二氧化碳排放量外，它還可以幫助食品生產(chǎn)商確定土壤質(zhì)量和植物生長情況。MantiSpectra創(chuàng)造的新型微型近紅外傳感器可以檢測牛奶和塑料等物品的化學成分。它非常小，可以放在智能手機中。

　4.制造和材料

　PIC目前是在化合物和標準元素半導(dǎo)體、非線性晶體和介電材料上生產(chǎn)的。具體的應(yīng)用要求決定了最合適的基板材料，因為每種材料都有獨特的優(yōu)點和缺點。例如，具有集成柔性鈮酸鋰的柔性硫族化物玻璃可以制造具有機械柔性的光子晶體。

　材料的透明度、折射率和直射光產(chǎn)生能力決定了完成的PIC的特性和應(yīng)用。材料的彎曲損耗和彎曲半徑也會影響PIC特性。彎曲半徑指定纖維在斷裂前可以彎曲多少。相反，彎曲損耗表示光纖（或另一波導(dǎo)）中由于彎曲而產(chǎn)生的傳播損耗（功率密度降低）。基于磷化銦(InP)的單片集成和硅光子學是目前使用最廣泛的兩種襯底，盡管二氧化硅(SiO2)和氮化硅(SiN)也越來越受歡迎。

　5.磷化銦(InP)

　最完善的PIC平臺是磷化銦(InP)。干涉儀、高性能放大器、激光器、調(diào)制器和探測器與干涉儀組裝在一個芯片上，允許在1.11.6 m光譜窗口中集成有源和無源元件。數(shù)據(jù)傳輸、精確計量（如自動駕駛汽車中的激光雷達）、光譜測量和成像都用于P集成光子學。

　6.硅光子學(SiPh)

　硅光子學(SiPh)是開發(fā)集成光子學的重要組成部分，以硅(Si)的成功作為IC可靠性的基礎(chǔ)。由于大多數(shù)集成電路已經(jīng)使用硅作為它們的襯底，因此可以使用現(xiàn)有可用的半導(dǎo)體制造技術(shù)來創(chuàng)建硅光子器件。這使得芯片能夠集成光學和電子元件以生產(chǎn)混合設(shè)備。

　硅非常適合波長為1.55微米的光纖通信系統(tǒng)，因為它對波長超過1.1微米(m)的紅外光是透明的。此外，它的折射率大大高于氧化硅(1.5)，大約為3.5，允許在植入氧化硅（波導(dǎo)）中的硅結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)更多的光限制。由于這些特性，Si非常適合用于電信。

　7.氮化硅(SiN)

　基于氮化硅(SiN)的系統(tǒng)最近受到歡迎，因為與其他PIC平臺相比，它們具有寬廣的透明窗口（從可見光到中紅外）和相對較低的光學損耗。由于其在波導(dǎo)中極低的光強度損失、微小的彎曲半徑和可調(diào)偏振，氮化硅(SiN)在可見光、近紅外(NIR)和紅外范圍內(nèi)的被動光處理方面表現(xiàn)出色。通過PIC級混合集成技術(shù)，如果應(yīng)用程序需要，可以將在不同技術(shù)平臺（例如InP）上制造的有源元件連接到SiN PIC到同一封裝中。

　在荷蘭Lionix International公司獨特的TriPleX波導(dǎo)設(shè)計中發(fā)現(xiàn)了氮化硅波導(dǎo)的最低傳播損耗（0.1 dB/cm低至0.1 dB/m）。它的工作范圍很廣，從405 nm到2350 nm。他們還創(chuàng)造了一種專有的錐形技術(shù)，將最佳光纖耦合的低對比度模式轉(zhuǎn)換為微小彎曲半徑的高對比度模式。正在進行大規(guī)模的研究計劃，以減少現(xiàn)在所需的組裝階段數(shù)量，提供無損材料轉(zhuǎn)換，并開發(fā)更實惠的制造工藝。

　8.鈮酸鋰（LiNbO3）

　一種稱為鈮酸鋰(LiNbO3)的非線性晶體材料非常適合執(zhí)行非線性操作或受益于該材料特性的操作的設(shè)備。聲光換能器或電光調(diào)制器是兩個例子。在光刻控制下的鈮酸鋰基板上，可以創(chuàng)建波導(dǎo)。放大器和激光器可以通過用稀土離子摻雜鈮酸鋰來制造。

　雙折射是LiNbO3的一個特性，這意味著偏振方向會影響材料的折射率。結(jié)果，偏振控制成為可能，這可以應(yīng)用于過濾或其他類似任務(wù)。這種特性使得構(gòu)建與偏振無關(guān)的設(shè)備（光纖通信經(jīng)常需要）更具挑戰(zhàn)性。