集成光路也分模擬與數字么？

01-21

集成電路有模擬與數字的區別，集成光路是不是也分模擬與數字？

謝邀。

就我個人而言，對集成電路的認識並不是很深刻，模擬電路和數字電路也都是學過的。就單門課程特點而言，模擬電路在意的是各類電子元器件之間的聯繫，信號得到的為更具體的數值（比如放大器之類），而數字電路則是基本成型IC（如加減法器，運放，多路復用器和存儲器）通過邏輯運算關係的相關來實現功能，其主要態為「0」、「1」（比如計算機二進位並不需要準確的數值，只需要一個態的判斷），從電路組成看來，數字電路相對清晰，抗干擾能力要強上一些。

而對於題中所說的集成光路，也就是集成光學之類的吧，雖然我並沒有見到有相關的分類，但是個人覺得，還是應該在全光領域講這個，如果存在光電轉換的狀態，直接用數字或者模擬電路就解決題主所煩惱的分類問題，至於全光，則是不存在光電的轉換過程，完全由光來控制光，是幾十年前就提出的一種理論模型。

而對於現在的微納光學器件的集成，並不能像已經很成熟的集成電路一樣，因為全光器件還是處於一個缺失的狀態，全光邏輯門，全光存儲，全光開關等，都並無大規模的生產。

如果硬要套上，各類全光邏輯門，全光存儲和光開關算是集成光學數字時代發展的先驅吧；而摻餌放大器之類的，光波導的組合，各類集成形式的光干涉儀，波分復用裝置，算是模擬光路的先驅吧。

對上面的拍腦袋答案點反對，因為集成光學還真的分數字和模擬！

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先來聊一下數字信號處理的集成光學：

人們之所以研究集成光學，主要就是想要用光學元件代替（或者部分代替）矽片上已有的電子元件，從而讓計算機的性能大幅度提升。要干成這件事情，最直接的方法就是，把所有的電子元件一個一個找出來，分別研究出具有類似功能的光學器件。這些電子元件包括但不限於二極體（diode isolator ）、邏輯門 ( logic gate )、緩衝器 ( buffer ) 、存儲器（memory）等。

現在看來除非有什麼新的材料上的突破，否則離真正實用還差很遠。光隔離器，無論用Faraday效應 (Ref 1) 或者是非線性效應 (Ref 2)，看起來似乎都不太靠譜。光邏輯門，大部分也是利用非線性效應，尺寸大、能耗高，還不能級聯，也依舊不靠譜。緩衝器，用級聯的耦合光腔(coupled optical resonator waveguide)來實現，工藝難度太大，基本只有IBM能做出來，而且性能也是不忍直視...值得一提的是，片上光學存儲器件，去年底有一篇文章登在Nature Photonics上 (Ref 3)，看起來應該是比較靠譜的方案。

總而言之，基本做不下去了。事實上已經有很多人已經不看好用光完全取代電信號做信號處理了。前兩年，幾個行業內的大牛在Nature Photonics上就對此大（學）吵（術）一（交）番（流）。（可是我不記得時間也找不到那三篇論文了_(:3 」∠ )_）

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再來說模擬的集成光學：

在大多數時候，數字信號比模擬信號好處理很多，但在解決少數問題的時候，數字信號反倒沒那麼好了。在處理一些非線性方程，尤其具有大量軌道（trajectory）的非線性問題時，數字信號的處理方式就捉襟見肘了。而集成光學裡有豐富的非線性現象，因此人們就有可能利用光學的方式模擬（simulate）待求解的非線性問題，從而加速計算。

上一段我是看文章翻譯的，大家可以參考去年底發在Nature Photonics上的這篇comment 。（Ref 4）

總結一下：

1.集成光學確實分數字和模擬

2.用於數字信號處理的集成光學裡應用還很遠

3.用於模擬信號處理的集成光學更加遠

完結撒花(?&>ω&<)?(?&>ω&<)?(?&>ω&<)?！

（以上都是自己平時看完論文的感覺啦，說的不全面或者不對的，歡迎指出。）

Reference List：

[1]
L. Bi, et al., "On-chip optical isolation in monolithically integrated
non-reciprocal optical resonators," Nat. Photonics 5, 758–762 (2011).

[2] L. Fan, et
al., "An All-Silicon Passive Optical Diode," Science 335, 447–450 (2012).

[3] C. Ríos,
et al., "Integrated all-photonic non-volatile multi-level memory,"
Nat. Photonics 9, 725–732 (2015).

[4] D. R.
Solli, et al., "Analog optical computing," Nat. Photonics 9, 704–706 (2015).

謝邀最近好像凈邀請我不懂的東西也算學習了

集成光路我真不知道是啥

通過推測，光信號和電信號都是電磁波，同樣有波形，振幅，相位。如果有集成光路應該也能分成模擬和數字

集成光路沒有模擬和數字之分。集成光路的理論是波導理論，將多個光學元件在同樣的襯底上採用集成電路的工藝進行集成。它還是進行光的傳播和處理。

如果題主問「集成電路分模擬和數字嗎」我會回答：

從電路底層實現的的角度講，模擬電路和數字電路都是基於三極體(晶體管)的電路，模擬電路中晶體管工作於輸出特性曲線的放大區，數字電路中三極體工作於飽和/截止狀態。

所以對於集成光路而言，貌似還沒有什麼共同器件... 也沒有什麼輸出特性曲線...

但是我覺得題主的意思貌似是「集成光路可以傳播/分析模擬信號和數字信號嗎」，所以我藉此機會瞎扯一下。

如果從分析角度講，認為模擬電路分析連續函數，數字電路與分析邏輯電平，我覺得（此處開始純屬瞎說) ：模擬電路能分析連續函數的最大原因是模擬電路工作在放大區，有著良好的線性度，問題是電路引入的雜訊要小，要不然幾級放大後信號就被淹沒了。（頻率問題我學不會我不說話）數字電路「數字化」的信號是電壓，數字化後可接受更高信噪比的信號。

對於集成光路... 基於耦合理論的那些光波導器件... 如果一定要把信號調製到振幅/波長/相位上也是可以的，只是整個光路受工藝影響(刻蝕深淺啊，波導邊沿平滑度啊，兩根波導直接距離啊)，相位、復振幅、偏振態等會受很大的影響，也就是雜訊會很大。再加上目前探測器探測的多半是光強(其他信息大概是從光強數據中解調出來的）光強信號中的雜訊會更大。模擬信號通過光路後的結果，也許只能隨緣吧...

總之我覺得集成電路處理模擬信號是有先天劣勢的。能處理好模擬信號的比如電路和光纖都是對傳播物質（電子/光子）有著很好的約束，幫助隔絕信號在傳播過程中受到的干擾。集成光路基於光波導耦合原理，光波導對光的束縛太小，在傳播過程中太容易引入雜訊，所以模擬信號不適合在集成光路中傳播。

大過年的剛喝了酒來扯一下淡。

首先直接回答問題，是的。

再解釋一下

這個問題首先要定義什麼是數字光信號什麼是模擬光信號。目前，我們說的數字光信號，其實是說的「用光作為載波的數字信號」，而模擬光信號，其實是說的「用光作為載波的模擬信號」。這裡的光載波頻率是一般是200THz 附近的通信波段。而調製到光上的數字信號和模擬信號的頻譜範圍一般為幾GHz 到上百GHz。

數字光信號，用於光通信系統中，從短距離的接入到長距離的傳輸。模擬光信號，是光信號處理的一個單獨分支，稱為所謂的微波光子學，是用光學方法處理微波信號的技術。

集成光學，其實是可以分為模擬和數字的。在數字部分，主要是為了用集成的技術減小光通信系統器件的尺寸，降低成本和功耗。這裡面的器件包括調製器，探測器，復用器，解復用器，光濾波器，switching fabric，etc。在模擬部分，其實是用光學方法處理微波信號，包括微波光子濾波器，波束成型，photonic generation of microwave signal，etc。當然數字和模擬部分有些器件是有一些重合的，比如delay line在兩部分都是很重要的器件。

樓主說的，可能是想用集成電學來類比集成光學。很抱歉，差距很遠。個人認為，集成電路本質上是一個基帶無載波通信系統，而集成光學是一個載波調製通信系統。集成光學方法有望用於集成電路中提高晶元間通信的IO速率，這是集成光學的一個重要分支——光互聯。但這裡，光其實只用於傳輸，而不用於信息處理。一個demo可以參見最近的一篇nature文章，Single-chip microprocessor that communicates directly using light。

要想集成光學技術真正實現集成電路的功能。類似於電學晶體管的大規模的光邏輯陣列需要找到一個現實的方法，而目前並沒有。

類似於模擬，和數字不同，不能通斷

集成光路是分兩種，一種主要研究光的波動，也就是復振幅和相位，比如光波導，微環諧振器，相當於模擬電路。另一種研究光量子邏輯門等量子光學，會定義一定基以便進行邏輯運算，比如|1&>,或者&<0|,這種可以理解為數字信號。

可能說的不太對，但我的理解大致是這樣吧~

目測是沒有模擬和數字一說的，最近這兩年興起了一個叫谷電子學的東西。據說可以直接改變光子的自璇。