光學部件及系統由于其高速、輕重量及高的安全性而有益于航宇及防務應用。
電子部件的小型化、輕量化以及低能耗的需求隨著對更大數據吞吐量及帶寬需求的增長而加劇,并正推動著光學技術在軍事及航宇領域的應用。通過航宇防務工程人員在陸、海、空及空間領域的豐富應用,人類對光學部件及系統的研究與采納正在不斷擴展。
美國西雅圖TE連接器有限公司(Tyco Electronics與上個月更名為TE連接器有限公司)市場開發經理格雷戈里·鮑稱:“軍用航空領域的客戶明確地對光學技術提出了更多的要求,這種興趣的驅動典型的是因為光學技術的更多特性都超過了銅。光學器件有幾種好處,包括:尺寸、重量及能耗(SWaP)的減少;防電磁干涉;光纖的信息傳輸更安全,因為任何竊取行為都能夠被監測到;安裝方便;并且傳輸距離遠。”他補充稱:“其中有些好處都是相互依賴的。例如,由于光纖可以防電磁干涉,所以不需要對光纜進行任何屏蔽。而屏蔽本身是要增重和增加尺寸的,并且會帶來一些安裝和應用的問題。在復合材料飛機上,必須要進行特殊的防護措施以防雷擊。光學技術則能夠使所有的這些問題都得到優化。”
IBM已經公布互補金屬氧化物半導體(CMOS)集成硅元素納米光子芯片技術,據說可以使得集成密度比傳統技術提高10倍,并且生產出更小、更快以及更節能的芯片。
IBM公司公布的光子芯片
IBM公司公布的集成在硅片上的納米光子雪崩光電探測器
光學技術的優勢
由于對SWaP的縮減、簡易安裝以及防電磁干涉的需求,光學部件及系統在航空上的應用很具吸引力,包括從關鍵飛行數據總線到視頻或傳感鏈路。在陸基應用上,像安全的地保到地保通信、光電(EO)傳感器發射塔到控制站鏈路,或者光纖天線射頻鏈路等,光的傳輸距離優勢經常是決定性因素,之后還包括防電磁干涉、信息安全以及減重等。而據稱,在飛機上的應用,考慮最多的可能是減重。
更遠更快
光學部件具有高性能潛力,在數據戰中由于獲取和交換的數據量非常大,光學技術因此極具吸引力。光學傳輸可以使數據傳輸更快,因此處理速度更高。據稱,由于飛機上使用的收發器越來越講究速度,因此,設計者需要謀求更高的數據傳輸率。這對光學技術來講可能不成問題。光學技術可以提供遠距離高數據量傳輸能力。鮑稱,距離越遠,衰減越嚴重,數據傳輸率越低,而光纖的衰減量很低,因此,可以使距離不再是設計的主要限制因素。
據稱,電子部件的傳輸速度現在已經達到了10G甚至更多,這使得所有基于銅的數字連接都受到了限制,這也使得光學處理技術在航宇及防務領域的應用更具吸引力。
TE連接器有限公司的高可靠性光學連接器
設計差異
鮑稱,大多數的處理都是在電子芯片中進行,而在一些點上,你需要轉換為光信號。在光電轉換之后,光信號可能沿著線路以波的形式傳播,這是當前應用中的典型。一旦使用光纖來傳輸光信號,你可以將光纖引到任何地方,并且數據流更快。鮑稱,光纖沒有距離限制,而銅則有,以大型平臺像波音747或C5運輸機的設計為例,你可以將光纖拉倒任何需要的位置,而銅則要考慮長度的限制。
安全及防護
高防護性可能是軍用航空應用中一個重要的考慮因素。光學由于具有防電磁干涉的特性而可以抵御電子對抗和偵測。光學處理器、網絡以及通信避免了TEMPEST(瞬時電磁脈沖標準)問題,提升了安全性。TEMPEST涉及了傳輸信號的銅纜可能會使信號被竊取的散射問題。而信息在光纖中傳輸時,不會出現因電磁泄露而發生信息泄露的現象。在防務應用中,利用銅纜進行數據通信的必須要參照TEMPEST測試來證明數據的安全性。光纖通訊則很大程度上減少了這種類型的數據防護問題。改進數據防護是光纖的另外一個關鍵特性。同時,光學技術在物理防護上也扮演著一種角色。