联想是思维的翅膀。科学的长空广阔无垠，我们应该展开联想这个翅膀，自由地翱翔。现代科学的各个领域、各个分支都不是孤立的，而是相互影响、相互渗透、相互联系的……联想，会将思维带到一个新的科学境界！

集成电路是大家都熟知的。它是将晶体三极管、二极管、电阻和电容等电路基本元件都制作在一块很小的硅片上，并利用扩散和蒸发金属的办法，将这些元件按照一定要求互相连接起来，构成一块不可分割的具有一定功能的完整电路。在这样一块集成电路基片上，包含有几十个元件（小规模）到几万个元件（大规模）。自从1960年世界上第一块集成电路在美国诞生以来，集成电路已经经历了小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路三代的发展历程，正在向包含有10万个以上元件的超大规模集成电路进军。

人们从集成电路得到启示，六十年代末，将同集成电路相类似的技术应用到光学领域里来，于是，便产生了集成光路的概念，并且出现了一门研究集成光路理论、制造和应用的新学科——集成光学。

集成光学元件是什么样子？集成光路又是怎样构成的呢？

我们还是从日常生活中最熟悉的“光学仪器”谈起吧。人的眼睛近视了，需要配一副近视镜；上了年纪，做活时就得求助老花镜帮忙；洗完了脸，要到镜子跟前照一照；看军用地图，常常要请放大镜来配合……这些眼镜、镜子和放大镜就是最简单的光学元件，它们同光源（太阳或电灯）和眼睛一起构成了光路系统。近视镜，是一种中间薄而边缘厚的玻璃片，即凹透镜，它有缩小景物和使光线发散的功能；花镜和放大镜，是一种中间厚而边缘薄的玻璃片，即凸透镜，它有放大景物和使光线会聚的功能；镜子，是背面涂了水银的玻璃片，即反射镜，它有反射光线和折转光路的作用。这些，都是制造光学仪器的光学零件。不过，由于各种各样的光学仪器结构，它们所采用的许许多多的凸透镜、凹透镜的材料、表面曲率和厚度等参数也都各不相同。为了获得各种不同的性能和成象的光学系统，以使仪器能满足使用上的需要，设计制造的凸透镜和凹透镜是多种多样的，而且常常是将几个镜片胶合起来或者用几片透镜构成一组，以改善成象质量。反射镜也有各式各样的，而且在许多情况下采用棱镜代替平面镜来折转光路。此外，在光学仪器制造中，还有许多其它光学零件，如供瞄准用带十字线或标尺的玻璃片——分划板，供测量读数用的带有度、分、秒刻度的玻璃片——度盘、分盘和秒盘。采用这些光学零件，就可以构成各式各样的光学系统，制成各种类型的光学仪器，诸如工厂检查员用以检查工件质量的大型工具显微镜，边防战士们用以瞄准敌人坦克的火箭筒瞄准镜，技术人员用以洞察昆虫面目的生物显微镜，医院外科医生用以缝合患者血管的手术显微镜，天文学家用以探索宇宙秘密的天文望远镜，公安人员用以鉴别作案人指纹的双物镜比较显微镜，电影院里的电影放映机，公园里为情侣们留下幸福微笑的照相机……各种各样的光学仪器和设备，在工业、农业、军事、科研及日常生活的各个方面，为人类作出了许许多多的贡献，是人们从事现代化建设的得力助手。

一台光学仪器，常常有几个、几十个以至几百个玻璃制成的光学零件，而且还要有固定、支承、调节这些光学零件并构成仪器整体的大量的金属零部件。这样，一台光学仪器，小的有几斤重，大的就要上吨重了。此外，还有一些光学仪器采用巨大的光具座，以及防震和恒温恒湿等设备，那就更加庞大笨重了。由于这个缘故，光学仪器的应用受到了限制，不能适应日益广泛的需要。

光学零件和光路系统能不能微型化呢？完全能。不过，集成光学元器件的制作，集成光路的构成，与普通的光学零部件和光路系统是不同的。集成光路是以薄膜形式构成的微型光学系统。在这样的系统中，采用名叫溶液淀积、化学蒸汽淀积、溅射淀积、蒸发、扩散和外延生长等特殊技术方法，将具有发光、放大、逻辑、调制、耦合、传输等功能的器件都制成薄膜波导形式，而光波是作为导引波被限制在介质薄膜中传播的。通过控制薄膜厚度、波导宽度和波导与周围介质之间的折射率之差形成的各种波导，都具有独特的结构和传播速度，因而有不同的功能。例如，在薄膜上做成一个凸透镜形状的膜层宽厚的区域，当光波通过时，光速在这个区域随着膜层增厚而减慢，因而产生光束的会聚作用，成为薄膜凸透镜，反之，在薄膜上做成一个凹透镜形状的膜层窄薄的区域，当光波通过时，光速在这个区域随着膜层的减薄而加快，因而产生光束的发散作用，成为薄膜凹透镜，这种薄膜透镜，就好象是从普通光学透镜上切下的一个薄片。同样的，也可以制成薄膜棱镜，采取这样的方式，还可以制成薄膜激光器、薄膜调制器、薄膜滤波器、薄膜偏振器、薄膜光开关、薄膜探测器等有源光电子器件，彼此以薄膜耦合器和薄膜波导等无源器件连接起来，从而构成一种具有一定功能的完整的微型光学系统。将所需要的几种器件都做在同一块公共的衬底基片上面，就成为单片集成光路；而将多种器件制作在不同材料衬底上面，然后再外接到一起，则成为混合集成光路。集成光路的一个实例。这样，就实现了光路系统的微型化，就象集成电路那样，整个光路系统只有一个手指甲那么大。

在集成光路系统中，没有很大光程的空气间隔，没有各种光学玻璃制成的光学零件及安装固定这些光学零件用的大量金属零部件，也不需要精密调节机构和许多电气装置，一句话，集成光路与普通光学系统完全不同，它以崭新的面貌出现。因此，集成光路系统比起普通光学系统来，具有许多的优点，它体积小、重量轻、功耗低。效率高，易于屏蔽与绝缘，性能稳定而可靠，使用轻便又经济，有利于制作大规模的光电子系统。

集成光学具有普通光学和电子学都无法比拟的优越性，因而引起人们的极大重视。集成光路在光纤通讯、光计算机、信息处理、图象显示和文件图片扫描等方面，都有重要的实际应用和广阔的发展前景。

就以光通讯为例来说吧。在前一章里已经讲过，采用激光光波作为信号载波，并通过光学纤维传输而实现光通讯，其通讯容量是非常大的，可同时传送上百亿话路或上千万套电视节目，而且还具有不怕窃听、不受干扰、不需要有色金属等无线电通信所不可能有的优点。能够实现光通讯，那该多好啊！近十几年来，光通讯发展极为迅速，许多中、短距离的光纤通讯系统已经在使用。但是，目前的光纤通讯系统，所传送的声音和图象都需要在发送端、接收端和中继部分进行电一光和光一电的变换，因为这些设备还都是电子电气的设备，也就是说，这样的通讯系统还是光和电的混合系统，其传输容量和传输距离都受到一定的限制。然而，集成光路技术一旦突破，可以制成米粒那么大小的中继器，传送的声音和图象经过光扫描和连续化，或用声一光变换器直接将声音变成光信号而通过光纤传输，加之中继距离扩大和光学纤维光能损耗降低，则可以实现远距离、大容量的全光通讯系统。

从目前发展来看，伴随着光学纤维优异材料的不断研制成功，拉制光学纤维的工艺也不断改进，通讯用的光学纤维的性能正在不断提高。光学纤维的关键问题在于能量损耗，其1967年为1000分贝/公里，1970年为20分贝/公里；1972年为4分贝/公里，1974年为1分贝/公里。近年来，已研制出损耗小到0.47分贝/公里的光学纤维，如果能够达到损耗低于0.2分贝/公里，那么，光纤通讯技术必将发生重大变化。同时，集成光路的研究、试验也正在不断取得新的成果，几年内将会取得重大的突破，在集成光路通讯设备方面必然有所成就。这样，以激光信号代替电信号，以光学纤维和集成光路代替电缆和电子设备的时代即将到来。到那时，通信卫星发射回来的极其大量的信息，就可以通过地面站迅速地传送到四面八方。科学家预计，到本世纪九十年代初，这样的长距离、大容量的全光通讯系统就可以变为现实。

目前，集成光学还处在早期发展阶段，集成光学器件和集成光路都还是一些雏型，在功能、寿命、体积等各方面都还达不到要求，要制成能够实用的、一定规模的集成光路，还需要一段时间。尽管如此，集成光学却已经显示出其强大的生命力，给人们带来了极其美好的希望。因此，许多国家都在集成光学研究方面投入了很大力量。

集成光路，这个小小的“集体”是很有吸引人的魅力的。在未来的人类事业中，集成光路和集成电路将争芳斗艳，为人类建树奇功。