微纳光子集成

前言

第1章光波导基本理论

1.1平板波导

1.1.1射线理论分析法

1.1.2波动理论分析法

1.1.3高斯近似模场

1.2条形波导

1.2.1Macatili方法

1.2.2等效折射率方法

1.3本章小结

参考文献

第2章光束传输方法

2.1全矢量波动方程

2.2BPM

2.3BPM应用实例

2.3.1实例1：定向耦合器

2.3.2实例2：马赫一曾德尔干涉仪

2.4本章小结

参考文献

第3章时域有限差分方法

3.1引言

3.2麦克斯韦方程的FDTD计算式及基本性质

3.2.1Yee元胞及差分格式

3.2.2数值稳定性条件

3.2.3数值色散与噪声

3.3完美匹配层吸收边界条件

3.4激励源设置

3.4.1脉冲源与稳态源

3.4.2总场散射场分离

3.5色散介质的有限差分方法

3.5.1联系D和E的因果性和几种典型色散模型

3.5.2色散介质的FDTD差分算法

3.6计算实例与分析

参考文献

第4章常见光波导材料与结构

4.1典型光波导材料与结构

4.1.1SiO2材料及波导

4.1.2Ⅲ-V族半导体材料及波导

4.1.3铌酸锂(LiNbO3)材料及波导

4.1.4聚合物材料及波导

4.1.5硅绝缘体材料及波导

4.1.6新型纳米光波导

4.1.7光波导材料及结构小结

4.2光波导器件的制作工艺

4.2.1波导层薄膜生长

4.2.2光刻工艺

4.2.3刻蚀技术

4.3光波导器件的测试

4.3.1测试流程

4.3.2测试装置

4.3.3波导传输损耗测试方法

4.3.4光波导器件的封装与测试

4.4本章小结

参考文献

第5章光波导耦合器

5.1光耦合器概述及分类

5.2光耦合器的一般技术参数

5.3Y分支概述

5.3.1Y分支的基本原理

5.3.2Y分支的设计举例

5.3.3可调谐Y分支

5.3.4Y分支的应用

5.4MMI耦合器

5.4.1MMI耦合器基本原理

5.4.2MMI耦合器的应用

5.5定向耦合器

5.6本章小结

参考文献

第6章波分复用器

6.1波分复用技术

6.2波分复用器件

6.3AWG

6.3.1AWG原理和几何设计

6.3.2AWG的理论建模

6.4EDG

6.5波分复用器件优化设计

6.5.1带通平坦设计

6.5.2偏振不敏感设计

6.5.3热不敏感设计

6.5.4低串扰设计

6.5.5其他优化设计

6.6波分复用器件的应用

6.6.1单纤三向器件

6.6.2光码分多址复用的编解码器应用

6.7本章小结

参考文献

第7章微环谐振器及相关器件

7.1概述

7.2基本原理

7.2.1基本结构

7.2.2基本参量

7.2.3基本功能

7.3传输矩阵法

7.3.1振幅耦合方程

7.3.2单环滤波器

7.3.3并联双环滤波器

7.3.4串联双环滤波器

7.4基于微环谐振器的集成光子器件

7.4.1滤波器

7.4.2波分复用器件

7.4.3微环传感器

7.4.4微环激光器

7.4.5微环光调制器

7.4.6微环光开关

7.5本章小结

参考文献

第8章基于表面等离子体结构的纳米光集成

8.1引言

8.2表面等离子体的基本性质

8.2.1金属的色散模型

8.2.2金属/介质单界面上的表面等离子体

8.2.3多层结构中的表面等离子体

8.3表面等离子体在亚波长光集成中的应用

8.3.1金属纳米颗粒阵列波导

8.3.2长程表面等离子体器件

8.3.3MIM波导及器件

8.4本章讨论与展望

参考文献

第9章光子晶体波导及器件

9.1光子晶体简介

9.1.1光子晶体的概念

9.1.2光子晶体的应用

9.2光子晶体波导

9.2.1二维平板光子晶体

9.2.2光子晶体平板波导

9.2.3基于光子晶体波导的基本单元

9.3基于光子晶体波导的新型集成器件

9.3.1光子晶体功分器

9.3.2光子晶体波分复用器

9.3.3光子晶体光开关

9.3.4光子晶体慢波波导

9.3.5光子晶体高Q值微腔

9.4光子晶体波导的制作

9.5本章小结与讨论

参考文献

第10章硅光子学

10.1概述

10.2半导体物理基础

10.2.1晶体

10.2.2能带及材料的分类

10.2.3电子的跃迁和空穴

10.2.4直接带隙和间接带隙半导体

10.2.5硅材料的特性

10.3硅基拉曼激光器

10.3.1拉曼散射和受激拉曼散射

10.3.2双光子吸收和自由载流子吸收

10.3.3硅基拉曼激光器

10.4硅基电光调制器

10.4.1自由载流子等离子色散效应

10.4.2基于马赫-曾德尔干涉仪结构的硅基电光调制器

10.4.3基于微环谐振器结构的硅基电光调制器

10.5硅基光电探测器

10.5.1硅基锗探测器

10.5.2硅基离子注入探测器

10.5.3波导和探测器的耦合

10.6硅和Ⅲ-V族材料的混合集成

10.7本章小结

参考文献

　　本书是关于光子集成理论以及制备技术的专著。本书首先介绍了光波导基础理论(见第1章)和光波导器件数值模拟方法(见第2章和第3章)，然后对各类光波导(包括最新发展的硅纳米光波导等)的基本特性以及相关制作工艺进行了介绍(见第4章)。在第5章重点介绍了针对光纤到户系统需求的新型集成光子器件。第6章和第7章则分别介绍了光通信系统中最具代表性的集成光子器件。第8章对最新发展的表面等离子金属光波导的原理、结构以及发展前景进行了详细的介绍。第9章主要介绍和总结另一种新型光波导光子晶体波导；第10章着重介绍硅光子学的最新研究进展。　　本书是关于光子集成理论以及制备技术的专著。全书共10章，第1章主要介绍光波导基础理论；第2、3章主要介绍光波导器件数值模拟技术；第4章主要介绍各类光波导(包括最新发展的硅纳米光波导等)基本特性以及相关制作工艺；第5章重点介绍针对光纤到户系统需求的新型集成光子器件；第6、7章重点介绍光通信系统中最具代表性的集成光子器件，包括波分复用器、微环滤波器等，并在第7章对微环传感器的最新进展作了相关介绍；第8章详细介绍最新发展的表面等离子金属光波导的原理、结构以及发展前景；第9章主要介绍和总结另一种新型光波导光子晶体波导；第10章着重介绍硅光子学的最新研究进展。　　本书可作为大专院校相关专业本科生、研究生的课程教材，也可作为从事光通信器件专业的科学技术人员的参考用书。【作者简介】　　何赛灵，92年获瑞典皇家工学院(KTH)博士学位。任KTH教授及KTH-浙江大学联合光子研究中心首席科学家。“国家海外高层次人才引进计划”(“千人计划”)入选者，OSA(美国光学学会)&SPIE(国际光学工程学会)的Fellow。著有一本国际专著、400多篇国际期刊文章并且拥有20多项发明专利。