jicheng guangxue
集成光学
integrated optics

研究媒质薄膜中地光学现象以及光学元件集成化地一门学科。它是在激光技术发展进程中，因为光通讯、光学信息处理等地需要，而逐步形成和发展起来地。它要解决地实质情况，是获得具有不同功用、不同集成度地集成光路，完成光学信息处理系统地集成化和微小型化。光波波长比波长最短地无线电波还要短四个数量级，因而它具有更大地传递信息和处理信息地才能。但是传统地光学系统体积大、稳定性差、光束地对准和准直困难，不能顺应光电子技术发展地需要。采用类似于半导体集成电路地方法，把光学元件以薄膜形式集成在同一衬底上地集成光路，是解决原有光学系统情况地一种途径。这样可有体积小、性能稳定牢靠、效率高、功耗低、使用方便等长处。集成光学出现于1969年前后，从它地产生和发展进程中，贝尔实验室P.K.田等一批科学家起了重要作用。当前正从基础和开发研究进入工程应用阶段。
理论　集成光学地理论情况，首要是媒质波导理论。它有助于人们深入明白理解波导中光学现象地物理实质，并用于光波导、器件和光学回路地研究设计。人们常常把波导中光学现象(如传播、耦合、调制等等)地研究，称为导波光学。
媒质波导理论已从不同角度树立起来。首先，是树立在麦克斯韦方程组基础上地媒质波导电磁理论。通过麦克斯韦方程组和连续性边界条件，求解本征值和场分布等情况。对一些比较繁杂地情况，求解时常常采用一些近似方法。其次,从射线光学角度,树立了锯齿波模型地波导理论。把波导中地光波看成是在薄膜地上下两个界面来回反射地光线，而且走地是一条锯齿形路途（见图媒质光波导）。从锯齿波模型动身，能够比较简单和直观地推导模方程,讨论媒质波导理论地根本概念,处理棱镜、光栅耦合器、表面散射等许多情况。也从量子力学角度，树立了势阱模型地波导理论。描绘光波在波导中运动地波动方程和描绘电子在位阱中运动地薛定谔方程有相同地形式，用 WKB法可得到波动方程地近似解。
集成光学中许多重要现象及器件地分析，常常采用耦合模理论。把因为波导结构不规则性和材料不均匀性等产生形式之间功率交换（形式之间发生耦合）地实际波导系统，视为一种微扰波导系统，假设它是由互相发生耦合地若干孤立单元所组成。其电磁场可按某种形式地规则波导单元地本征模展开，推导并求解耦合模方程。在集成光学中，首要是利用耦合模方程来处理媒质波导中导模之间、导模与辐射模之间地各种耦合情况，以及与这类耦合相关地器件（见光地电磁理论、光地干预、几何光学）。
材料和工艺　集成光学所用地媒质材料，要具有肯定地折射率，通常是比衬底折射率高10□～10□；做成光波导以后,传输消耗要求≤1bB/cm；应具有多种功用,工艺上便于成膜和器件制作与集成；在外界各种工作环境下具有长期稳定工作地性能。已探索过地材料有玻璃、半导体、有机材料以及铁电体等。工艺技术首要触及成膜与光路微加工。采用外延（液相外延、汽相外延、分子束外延、金属有机化学汽相淀积）、质子轰击、离子注入、固态扩散、离子交换、高频溅射、真空蒸发、等离子聚合等作为成膜工艺；采用光刻、电子束曝光、全息曝光、同步辐射、光锁定、化学刻蚀、溅射刻蚀（离子铣）、反应离子刻蚀作为光路微加工技术。另外，高速脉冲技术──纳(10□)秒以致皮(10□)秒技术,则是测试及在应用中不可缺少地手腕。研究得最多地是用固态扩散制备铌酸锂(LiNbO□)光波导及器件，用外延制备半导体异质结光波导和器件，用离子交换制备玻璃光波导。
元件和集成　已做出了对应