半导体导波光学器件理论及技术PDF电子书下载

第一章　介质波导耦合模理论及半导体耦合器 1

1.1 引言 1

1.2　介质波导的弱耦合理论和耦合模方程 1

1.2.1　耦合模方程 1

1.2.2　两同向波间的耦合 4

1.2.3　耦合系数的计算 8

1.2.4　两反向波间的耦合 34

1.3　半导体耦合器 37

1.3.1　半导体条形波导制备技术 37

1.3.2　SOI定向耦合器 41

1.3.3　SOI光栅耦合器 42

参考文献 43

第二章　半导体分支波导和劈形波导 46

2.1 引言 46

2.2　劈形波导和波导连接器 46

2.2.1　劈形波导 47

2.2.2　波导连接器 48

2.2.3　Y结分支波导中的劈形过渡 50

2.3　Y结平面分支波导 56

2.3.1　本地模法 56

2.3.2　台阶近似法 58

2.3.3　Y结分支角的考虑 59

2.3.4　平面Y结分支波导的传播常数最接近准则 63

2.3.5　低损耗大角度平面Y结分支波导 65

2.4　脊形分支波导的传输特性 66

2.4.1　基本理论方法Ⅰ——傍轴近似BPM 67

2.4.2　基本理论方法Ⅱ——正向广角BPM 72

2.4.3　BPM数值计算的可靠性 75

2.4.4　硅和SOI分支波导的传输特性 77

2.5　硅脊形分支波导的研制与应用 82

2.6 非对称X形分支波导 83

参考文献 84

3.2　无间距定向耦合器 87

第三章　半导体无源导波器件 87

3.1　引言 87

3.3　横向耦合器 90

3.3.1　直接聚焦耦合器 90

3.3.2　端接耦合器 90

3.3.3　光纤波导耦合器 98

3.4　光纤与平面波导的定向耦合 109

3.5　棱镜波导耦合器和光栅耦合器 110

3.6　波导偏振器 113

3.7　光波导透镜、反射镜和棱镜 114

3.7.1　波导透镜 115

3.7.2　波导反射镜 122

3.7.3　波导棱镜 123

3.8　其他导波无源器件 123

附录3.A　平面波导偏振器理论推导 124

3.A.1　理论分析 125

3.A.2　算例与讨论 127

参考文献 129

第四章　硅膜基本性质及其电光效应 133

4.1 引言 133

4.2　硅的PN结性质 133

4.2.1　PIN结基本性质 133

4.2.2　PN结的开关特性 134

4.3　用于脊形结构的PN结二维模型 138

4.3.1　二维近似解析模型 138

4.3.2　浅PN结二维精确解析模型 144

4.3.3　二维PN结的有限元法分析 152

4.4　硅的电光效应 155

4.4.1　硅的直接电光效应 155

4.4.2　硅的间接电光效应 157

参考文献 161

5.2　光波调制的基本概念和参数 163

第五章　硅单波导调制器 163

5.1 引言 163

5.2.1　一般概念 164

5.2.2　主要调制参数 166

5.3　半导体光波导中的调制效应 167

5.3.1　半导体脊形波导中的调制效应 168

5.3.2　半导体条形波导中的调制效应 170

5.4　各种硅单波导调制器 171

5.4.1　P+N结大注入单波导调制器 171

5.4.2　PIN二极管单波导调制器 178

5.4.3　GeSi/Si异质结单波导调制器 181

5.4.4　双注入场效应晶体管单波导调制器 183

5.4.5　MOS结构单波导调制器 185

5.4.6　N+NPP+二极管单波导调制器 189

附录5.A　式（5-16）的推导 193

附录5.B　式（5-20）的推导 197

附录5.C　体硅DIFET调制器设计 199

5.C.1　双注入效应 200

5.C.2　体硅结栅控制双注入波导电光调制器的设计 202

5.C.3　结论 205

参考文献 206

第六章　半导体非干涉型光波导电光调制开关 209

6.1 引言 209

6.2　全内反射型硅波导电光调制开关 210

6.2.1　概述 210

6.2.2　非对称全内反射型开关 211

6.2.3　对称全内反射型开关 226

6.3　X结和Y结调制开关 236

参考文献 239

7.2　定向耦合调制开关 242

7.2.1　定向耦合开关 242

7.1 引言 242

第七章　半导体干涉型光波导电光调制开关 242

7.2.2　无间距定向耦合开关 250

7.3　Mach-Zehnder干涉型调制开关 260

7.3.1　硅M-Z干涉型电光调制器 260

7.3.2　硅M-Z干涉型热光调制器 271

7.3.3　M-Z干涉型调制器的多种形式 278

参考文献 282

第八章　导波光学器件的应用及其发展 285

8.1 引言 285

8.2　半导体集成光波导开关网络 289

8.2.1　开关网络的特点与构成 289

8.2.2　完全无阻塞光开关阵列与重排无阻塞光开关阵列 292

8.2.3　用于京比特级网络的光电开关 299

8.3　集成光电子运算器 300

8.3.1　光子逻辑门单元探索 301

8.3.2　集成光电子逻辑线路 312

8.4　集成光电子数／模、模／数转换器 318

8.4.1　A/D转换器 318

8.4.2　D/A转换器 323

8.5 导波光学器件在集成光路谱分析仪和光纤陀螺中的应用 324

8.5.1　在微型多道成像光谱分析系统集成化中的应用 324

8.5.2　集成光路频谱分析器 328

8.5.3　导波光学器件在集成光路干涉仪光纤陀螺中的应用 330

8.6　光波导传感器 340

8.6.1　介质波导传感器的特点和基本原理 340

8.6.2　硅光波导压力传感器 343

8.6.3　硅光波导干涉仪压力传感器 347

8.7 导波光学器件在未来光计算机和光通信中的应用 354

8.7.1　光互连与光计算 354

8.7.2　光通信容量的扩展 359

8.7.3　展望 367

参考文献 372