集成光路工作的工作对象是光波，而光的波长为微米数量级，因此集成光路的截面尺寸在几微米到几百微米之间，其尺寸精度须小于光波波长的十分之一。集成光路中都是一些微型的光学元件，正象电路是由一些导电的电线将各种电子元件连接起来而组成的那样，集成光路是由传光的“导线”将各种集成光学元件连接起来的。这里，将主要的集成光学元件作一简单介绍。

1.薄膜光波导

薄膜光波导是集成光路中传光的“导线”，它将光路中的各个微型光学元件连接起来。光波作为导引波被限制在薄膜光波导中传输，按照光的全反射原理，波导折射率必须比邻近介质折射率高。薄膜光波导的透明介质的折射率，周围介质的折射率，空气的折射率，薄膜光波导可以做在介质之上或之中。象光学纤维传光那样，由于折射率光线在一定入射角的情况下，就能够经过两薄膜界面的多次全反射而传输。

由于薄膜光波导的尺寸可与光的波长比拟，因而光在其中的传输现象应当用波动理论来解释。理论分析表明，薄膜光波导也有传输模式问题。由控制薄膜厚度和波导横向宽度，以及波导与周围介质间的折射率差，就能够得到一定模式的传输。每一种模式，都有它自己独特的场结构和传播速度。单模波导输出的是一个光斑，尺寸较小的多模波导输出的是几个光斑或复杂的花样；尺寸大、模式多，则花样将是混乱不清的大光团。

薄膜波导传输光能，由于波导尺寸很短，因而衰减很小。不过，引导光束转弯的弯曲光波导，转弯不能太急，否则就会产生较大的光能损失。弯曲半径与材料相对折射率有关，相对折射率差越大，可允许的弯曲半径就越小。

2.薄膜激光器

激光器的种类繁多，其中半导体激光器体积很小，其制造工艺本来就是与集成光路相似的。例如，半导体激光器中的双异质结砷镓铝激光器，它已经是一种集成光路，即一种集成的光振**器，因为其内部存在一个集成的薄膜波导谐振腔。利用集成光路工艺，还可以将砷镓铝激光器制成分布反馈砷镓铝双异质结激光器。分布反馈具有选择性，因而产生的激光单色性好，谱线宽度达0.5□，这对于大容量光学纤维通讯系统是十分重要的，可以减少纤维材料色散对脉冲展宽的影响。分布反馈激光器频率的温度特性比双异质结激光器好，输出光的模式也较好。

薄膜激光器是集成光路中的光源。从薄膜激光器的结构形式和激光的形成方式来看，有复合耦合激光器、尖劈耦合激光器、瞬息耦合激光器、光栅耦合激光器、分布反馈激光器等。

3.薄膜耦合器

为了使集成光路集成化，如何将激光器发出的光高效率地耦合到光波导中去，则是一个重要的课题。将外面的激光束发射到均匀薄膜波导中去，可以采用各种类型的耦合器。

第一种办法是透镜聚焦法。利用透镜，将光聚焦到薄膜光波导的端部，从而使光进入薄膜中去。但这种直接解决的办法是很困难的，因为薄膜的厚度只有微米量级。

第二种办法是棱镜耦合法。将一个折射率高于薄膜的棱镜放在薄膜上方，中间有一空气间隙。光经过棱镜折射并穿过间隙而进入薄膜。耦合面积较大的，耦合效率可达81%。尽管所采用的棱镜很小，但放在薄膜形式的集成光路中仍然显得太大；而且由于不能用集成光路工艺形成，因而制作也不方便。但这种方法还是一种成功的而且被广泛采用的方法。

第三种办法是劈尖耦合法。这是在薄膜的边缘制成劈尖形状，劈尖坡度在0.01～0.001，坡长为10～100个光波长。衬底折射率小于薄膜折射率，典型值为，劈尖耦合的工作原理，可以用光的全反射来解释。输入光束是由衬底进入劈形薄膜的，经过折射而进入波导，在波导内全反射传输。这种耦合器的耦合效率为40%。

第四种办法是光栅耦合法。采用集成光路的工艺方法，在薄膜光波导上形成一列光栅，其尺寸很小。当一束光入射到光栅上时，一部分光反射，一部分光透射，一部分光衍射，一部分光发射到薄膜中去传输。这个光栅，通常是将波导顶上适当部分光阻材料层加以曝光和显影而制造出来的，或通过光阻材料掩模而把光栅刻蚀在波导顶上。这种耦合方法，在入射角调整得最佳时，反射、透射和衍射的光能总和为60%，也就是说，有40%的光能耦合进入薄膜中去。如果设法减少反射损失，耦合效率还能大大提高，这可以利用光束直径与最佳耦合长度相匹配及提高光栅传播方向上的效率来达到。这也是常用的一种耦合法。

第五种办法是定向耦合法。这种方法，可以将一薄膜波导中的光耦合到另一薄膜波导中去。当两个薄膜波导极为接近时，譬如说，两个波导靠近，其间距离小到可以与光的波长相比时，经过一段平行的耦合，光能就会从一个波导跑到另一个波导中去。因此，只要保证有一定的耦合长度，一个波导中传输的光能量可以全部耦合到另一个波导中去。两光波导间产生耦合的原因在于，光在波导内传播时，在波导外表附近存在一穿透场。在一般情况下，它以指数形式迅速衰减，对外不存在能量辐射不，漓合。但是，如果在它的邻近有另一个波导存在，接受这个穿透场，则将会发生能量耦合。

4.薄膜调制器

薄膜调制器是利用外扩散技术，在铌酸锂上产生高折射的导引层，使由耦合器进入的很细的光束被限制在晶体薄膜中传播。薄膜表面上镀有条形电极，用来产生电光调制所需要的电场。光束经过这个电场时，由于晶体的电光效应，光束就受到调制。这种调制器，只要给它以每兆赫零点几毫瓦的功率，就可以得到千兆赫以上的调制频率。

5.薄膜光开关

光开关是用以将光接通或断开的，也可以看作是调制器的一种特例。在光纤通讯中，将一路光转向另一路中去，就需要一种分路光开关。采用类似的工艺方法，可以做出几路至几十路的分路开关。此外，采用声光、磁光原理，也可以制成集成光调制器和光开关。

集成光路对材料的要求是很高的。首先，材料要有好的导光性能，在工作的波段上透过率好，散射损失小；其次，材料要适合于采用薄膜技术或半导体技术加工工艺制作，有利于光路的集成；再有，材料的弹性要小，化学性能稳定；此外，制作有源集成器件的材料具有大的非线性系数和高的增益等全部或部分的功能。目前，制作集成光路所使用的材料有有机材料、无机玻璃、介质晶体、半导体等。各种材料在制作集成光路时，依特性和要求的不同而采取多种不同的方法。制作集成光路时，除要选用合适优质的材料外，对于工艺过程，特别是对于精度和光洁度也有严格的要求。

集成光学器件的加工工艺，基本上是采用大规模集成电路和超大规模集成电路的加工工艺。但是，由于集成光学器件都是亚微米量级的精度，因此其远超过了集成电路的加工技术水平。集成光学器件采用的是超精细加工技术，包括电子束曝光技术、二射线曝光技术、全息曝光技术、离子腐蚀技术等。目前，集成光路的分立器件如激光器、耦合器、调制器、探测器等已趋成熟，而整体的集成光路尚处于雏型阶段。

为了解决集成光路的制造工艺，国外对有关薄膜生长技术的研究正在加紧进行，并已取得了重大进展。这里作一简单介绍。

1.两步生长

这种工艺过程有两个晶体生长阶段。它采用掩模进行光刻，波导结构的任何需要的晶格都可以生长。采用这种方法，集成了一种化学浸蚀台激光器和无源波导，还可以进一步形成激光器与无源波导间的尖劈耦合。

2.控制熔融成型

这种方法是以一个外延工艺过程，来生长劈尖耦合器、劈尖耦合激光器等。

3.掩模生长

采用这种方法，可以生长具有足够好的光学特性的激光器“镜面”，以达到良好的激光的激发。

9.刻蚀

这种方法可以刻蚀衬底和非平面层，例如制造光栅耦合激光器。可采用刻蚀衬底的技术，制造二维波导；用刻蚀加工充填技术，制成肋条波导。

5.分子束外延

分子束外延是一种生长技术，研究成果表明它是很有希望的，已制成了单横向模带状激光器。