Современная оптическая и квантовая электроника определяют новые возможности как электроники, так и оптики. Необходимость дальнейшего освоения оптического диапазона с использованием хорошо развитых методов радиофизики, радиотехники и электроники определяется рядом принципиальных обстоятельств.
1. Частота электромагнитных колебаний, или несущая частота () в оптическом диапазоне существенно выше, чем в радиодиапазоне (см. рис. 1.1). Например, частота световых колебаний в наиболее освоенной видимой и ближней инфракрасной областях спектра (Гц) в миллионы раз превышает частоту радиоволн в областях радио- и телевещания. Это определяет высокую информационную емкость оптического канала связи. Напомним, что для передачи обычного телевизионного изображения требуется полоса частот МГц. Поэтому в метровом диапазоне (при = 1 м; =300 МГц) можно передать лишь около десятка телевизионных программ. В оптическом диапазоне при том же отношении это число возрастает в миллионы раз.
1.
Длина световых волн существенно меньше, чем длина радиоволн. Это позволяет получить высокую концентрацию оптического излучения в пространстве, поскольку минимальный объем, в котором можно сфокусировать электромагнитное излучение, имеет размеры порядка длины волны. Поэтому оптические волноводы (световоды) при прочих равных условиях обладают существенно меньшими (на несколько порядков) размерами по сравнению с сверхвысокочастотными (СВЧ) волноводами, что важно для микроминиатюризации электронной аппаратуры. И, наконец, в оптическом диапазоне нетрудно сформировать узкую диаграмму направленности излучения с углом расходимости 0,1° и менее. Для формирования подобной диаграммы в радиодиапазоне (при = 1 м) потребовалась бы антенна диаметром порядка сотен метров. В оптическом диапазоне функцию такой антенны способны выполнить, например, сферическое зеркало или линза умеренных размеров, поскольку для получения одинаковой диаграммы направленности размер антенны пропорционален длине волны.
1. Передача информации осуществляется фотонами. В отличие от электронов, которые служат основными носителями информации в обычных электронных приборах, фотоны являются электрически нейтральными частицами, не взаимодействующими между собой и с внешним электрическим и магнитным полями. Это определяет возможность идеальной гальванической развязки входа и выхода, однонаправленность потока информации, высокую помехозащищенность, исключение взаимных наводок и паразитных связей между различными элементами схемы. Так как фотон в оптоэлектронных системах является основным носителем информации, то по аналогии с электроникой оптоэлектронику называют также фотоникой.
2. Применение оптических методов записи, хранения и обработки информации открывает новые возможности для построения электронных вычислительных машин (ЭВМ). Это обусловлено, с одной стороны, возможностью реализации новых принципов параллельной обработки информации (например, на основе голографических методов), а с другой – возможностью достижения высокой плотности записи (~ 108 бит/см2) в оптических запоминающих устройствах.