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目录 1

第一篇概 论 1

1．引言 1

2．光通信的发展历史和光导波电子学 2

3．光通信、光电子学和光导波电子学 4

4．光导波电子学的研究现状和未来 7

4.1光波导 7

4.1.1光纤 7

4.2光源和光探测器 8

4.1.2平面光波导 8

4.3集成光路 10

4.4材料和微细加工技术 10

5．光导波电子学的未来以及对社会的影响………………………………………………………（11 ）第二篇光导波现象的基础第一章多层结构的光波导 15

1.1光波导和多层结构 15

1.1.1光波导 15

1.1.2多层结构的光波导 15

1.2多层平板波导的分析 16

1.3四层介质平板波导 18

1.3.1引言 18

1.3.2本征方程式和本征值 19

1.3.3模式截止特性 20

1.3.4截止模式的损耗 22

1.3.5实验的讨论 23

1.3.6结语 23

1.4金属包层多层介质波导 24

1.4.1引言 24

1.4.2损耗特性 25

1.4.3损耗特性的几何光学分析 26

1.4.4实验的讨论 27

1.5.2波导的结构及其分析法 28

1.5.1矩形多层结构 28

1.5矩形多层波导 28

1.4.5结语 28

1.5.3色散特性 30

1.5.4截止和损耗特性 30

1.5.5实验的讨论 31

1.5.6结语 32

第二章各向异性光波导 33

2.1引言 33

2.2各向异性光波导的传输特性 33

2.2.1波导结构和分析基础 33

2.2.2基本系的导波本征模 35

2.2.3扰动系的导波本征模（二模近似） 36

2.3光路的分析处理 38

2.3.1标准元件 38

2.3.2模传输矩阵 38

2.3.3模传输矩阵的性质 39

2.4导波－导波模耦合的应用 40

2.4.1 TE-TM模转换器 40

2.4.2非可逆元件 41

2.5各向异性的泄漏波导 43

2.6导波－辐射模耦合的应用 44

2.6.1耦合模的分析 45

2.6.2电光效应的应用 46

2.6.3磁光效应的应用 48

2.7结语 50

第三章光波导的数值解析法——1 53

3.1引言 53

3.2有限元法 53

3.3点匹配法、感应偶极子法、伯杰龙法、等效回路法 59

3.3.1点匹配法 59

3.3.2感应偶极子法 60

3.3.3伯杰龙法 61

3.3.4等效回路法 61

3.4其他 62

3.5结语 63

第四章光波导的数值解析法——2 65

4.1引言 65

4.2无限边界的瑞利原理 65

4.3薄膜波导的分析 68

4.3.1 TEy和TM y模 68

4.3.2模匹配法的算法 70

4.3.3肋型波导的数值计算举例 71

4.4结语 73

5.2薄膜光波导中高次谐波的产生 74

5.1引言 74

第五章光波导中的非线性现象及其应用 74

5.2.1介质光波导中非线性光相互作用的分析 75

5.3使用光波导的集成型光双稳态器件 81

5.3.1光双稳态器件的工作原理 81

5.3.2波导型光双稳态器件的特性实验 83

5.4使用光波导的集成型多谐振荡器 85

5.4.1光多谐振荡器的工作原理 85

5.4.2波导型光多谐振荡器的特性实验 92

5.5结语 96

1.2.2光线理论的适用条件 101

1.2.1光线理论与波动理论 101

1.2.3光纤中的光线种类 101

第一章多模光纤 101

1.1引言 101

第三篇 光纤的设计理论与测量技术 101

1.2光纤的光线理论 101

1.2.4子午光线的分析 102

1.2.5光纤中的色散 102

1.2.6用光线理论计算的多模色散 103

1.2.7平方律分布（不均匀芯）光纤 104

1.3.1圆柱坐标系中的波动方程式 105

1.3.2波动方程式的解 105

1.3均匀芯光纤的波动理论 105

1.3.§芯子和包层中电磁场的解 107

1.3.4模式的分类 108

1.3.5本征方程式（严密解） 109

1.3.6本征方程式（弱导波近似） 110

1.3.7本征方程式的统一形式 111

1.4不均匀芯光纤的波动理论（WKB法的改进） 112

1.4.1各种解析法的分类 112

1.4.2以前的WKB法 112

1.4.3改进WKB法分析的必要性 112

1.4.4 WKB解析的规范化 113

1.4.5色散方程式 116

1.4.6延迟时间 117

1.4.7数值计算 118

1.不均匀芯光纤传输特性的标准数值解 121

1.5.1标准数值解的必要性 121

1.5.2折射率分布 121

1.5.3级数展开法 121

1.5.4延迟时间 123

1.5.5有限元法 123

1.5.6计算结果 124

1.6结语 129

2.3单模条件与芯内折射率分布的关系 130

第二章单模光纤 137

2.1引言 137

2.2折射率分布形状和传输模式 138

2.2.1引言 138

2.2.2折射率分布 138

2.2.3场分布 139

2.2.4传输常数 139

2.2.5结语 139

2.3.1 TE01模的截止V值 140

2.3.2对称核积分方程式最小本征值的近似式 141

2.3.3 TM01、HE21模的截止V值 142

2.3.4数值计算例子 143

2.4单模光纤的传输带宽 145

2.4.1引言 145

2.4.2调幅的场合 145

2.4.3强度调制的场合 146

2.4.4高次谐波畸变 147

2.4.5单模光纤的频率色散 149

2.4.6结语 149

2.5.2不规则弯曲的功率谱 150

2.5.1引言 150

2.5单模光纤的不规则弯曲引起的损耗 150

2.5.3单模光纤的不规则弯曲损耗公式 151

2.6偏振特性 151

2.6.1单模光纤中各向异性的产生机理 152

2.6.2稳定偏振面的方法 153

第三章光纤的测量技术 156

3.1引言 156

3.2传输特性的测量 156

3.2.1用脉冲法测量全色散特性 158

3.3关于不完整性参数的测量 160

3.2.2用基带频率扫描法测量全色散特性 160

3.3.1应力引起的光纤折射率变化和几何结构变化的测量 161

3.3.2模式变换系数的测量 163

3.3.3模式损耗的测量 168

3.4折射率分布的测量 169

3.4.1引言 169

3.4.2用远场图测量单模光纤的折射率分布 171

3.4.3用横向干涉法测量多模光纤和预制棒的折射率分布 174

3.4.4测量预制棒的非轴对称折射率 175

3.5.1使用干涉法的模式分析法 177

3.5其他 177

§.4.5近场点激励法的波动理论分析 177

3.5.2用声光滤波器测量偏振特性 178

3.5.3 单模光纤中光相位波动的测量 178

3.5.4在光纤中传输的激光斑点反差 178

第四篇薄膜制作技术 185

第一章液相外延生长法 185

1.1引言 185

1.2蒸气压可控温差法 186

1.2.1蒸气压可控温差法的原理 186

1.2.2用蒸气压可控温差法生长的晶体特 189

1.3异质结结构的晶格常数补偿 192

1.4液相生长中的二维生长机理 194

1.5失配位错的结构 195

1.6失配位错发生机理的分析 195

1.7结语 199

第二章分子束外延生长法 201

2.1引言 201

2.2用分子束外延法进行各种半导体晶体的生长 204

2.2.1 GaAs.GaAlAs的分子束外延 204

2.2.2 InAs的分子束外延 206

2.2.4 ZnTe、ZnSe的分子束外延 207

2.2.3 Inp、GaInAsP的分子束外延 207

2.2.5反应性分子束外延 209

2.3掺杂 209

2.3.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物的分子束外延 210

2.3.2硅的分子束外延 210

2.3.3 Ⅱ-Ⅵ族化合物的分子束外延……………………………………………………（211 ）2.4结语 214

第三章化学气相生长法和溅射法 218

3.1引言 218

3.2氧化物薄膜的制作方法……………………………………………………………（218 ）3.3溅射法……………………………………………………………………………………（220 ）3.3.1 ZnO薄膜的各种制造方法 220

3.3.2用平面磁控管溅射制作ZnO膜 221

3.4.1 ZnO-H2-H2O-O2系CVD法 225

3.4化学气相淀积（CVD）法 225

3.3.3用RF二极溅射法制作LiNbO3、K3Li2Nb5O15、PLZT膜 225

3.4.2用CVD法制作的ZnO膜的光学性质及其波导特性 228

3.5结语…………………………………………………………………（231 ） 233

第四章团状离子束蒸发法 233

4.1引言 233

4.1.1薄膜形成时离子的基本作用 233

4.2团状离子束和薄膜形成 235

4.2.1团状束形成机构及其大小 236

4.2.2薄膜形成 238

4.3.1制作电子器件的团状离子束技术 240

4.3团状离子束技术的应用 240

4.3.2用反应性团状离子束制作ZnO薄膜 241

4.3.3用反应性团状离子束制作BeO晶体薄膜 248

4.4结语 250

第五章衍射光栅制作技术 253

5.1引言 253

5.2二光束干涉曝光技术 253

5.3复印加工技术 256

5.3.1化学腐蚀法 256

5.3.2干腐蚀法 257

5.4.1炫耀光栅（blazed grating） 258

5.4.2变周期光栅 258

5.4特殊衍射光栅的制作法 258

5.4.3弯曲光栅 260

5.5其他衍射光栅的制作技术 261

5.6结语 261

第五篇 半导体激光器和探测器 267

第一章半导体激光器的光放大和振荡机构 267

1.1自发辐射和受激辐射放大 267

1.1.1半导体中的电子跃迁 267

1.1.3自发辐射光系数 269

1.1.2小于振荡阈值时的光输出 269

1.2增益饱和效应和单模振荡 270

1.2.1增益饱和 270

1.2.2单模振荡 272

1.3激光器形状和杂质浓度等的影响 274

1.3.1导波模式 274

1.3.2载流子扩散效应和条形结构 275

1.3.3杂质浓度 276

1.3.4温度特性和模式稳定性 277

2.2弛豫振荡现象和直接调制特性 279

2.2.1基本速率方程式 279

第二章半导体激光器的直接调制特性 279

2.1引言 279

2.2.2小振幅调制近似 280

2.2.3理论和实验的比较 280

2.3载流子扩散效应导致的弛豫振荡的抑制 282

2.3.1载流子扩散效应的作用 282

2.3.2折射率限制型条形激光器中的抑制效应理论 282

2.3.3增益限制型条形激光器中的弛豫振荡抑制效应理论 283

2.4其他的弛豫振荡抑制机构 288

2.5直接调制时的多纵模振荡 289

2.6结语 290

3.1.1长波长光通信 292

3.1.2晶格匹配的GaInAsP/InP四元系晶体 292

第三章长波长激光器 292

3.1 引言 292

3.2 GaInAsP/InP四元晶体的生长和晶格匹配条件 293

3.2.1晶体生长 293

3.2.2晶格匹配条件 294

3.2.3 1.6μm波段激光器晶片 295

3.3 GaIaAsP/InP四元晶体的激光器特性 295

3.3.1振荡波长和阈值电流 295

3.3.2杂质控制和低阈值化 296

3.3.3增益参数 298

3.4.1横模控制 299

3.4 GaInAsP/InP条形激光器和横模控制 299

3.3.4调制特性 299

3.4.2埋层双异质结（BH）型激光器 300

3.4.3台面衬底隐埋型（MSB）和台阶衬底型（TS）激光器 302

3.5振荡阈值和效率的温度特性 302

3.6带分布布拉格反射器的集成化双波导（DBR-ITG）型GaInAsP/InP 303

激光器和其他集成光路用激光器 303

3.6.1长波长DBR-ITG激光器 303

3.6.2其他集成光路用的长波长激光器 305

3.7结语 305

4.1引言 310

第四章功能激光器 310

4.2利用声波的分布反馈型激光器 311

4.3光栅激励的GHz·SAW 312

4.4二维分布反馈激光器的振荡特性 313

4.5利用声波的分布反馈激光器的振荡特性 314

4.6电流注入型激光器的可能性和应用 315

4.7结语 317

第五章探测器 318

6.1引言 318

5.2光探测器理论 318

5.2.1量子效率 318

5.2.2光电二极管的响应时间 320

5.2.3噪声 322

5.3 InGaAsP/InP DH光电二极管的试制 322

5.4光电晶体管………………………………………………………………………………（323 ）5.5结语 326

第六篇光路元件 329

第一章光路分析器 329

1.1前言——光路分析器的结构 329

1.2光路分析器的各个测量项目和扫描机构 330

1.2.1光路分析器系统…………………………………………………………………（330 ）1.2.2光频扫描机构 331

1.2.3光偏振波扫描机构……………………………………………………………………（335 ）1.2.4光相位差扫描机构 335

1.2.5光束参数（空间频率）扫描机构 336

1.2.6光路分析器用的光探测器…………………………………………………………（340 ）1.3数据处理系统……………………………………………………………………………（341 ）1.3.1硬件的构成…………………………………………………………………………（341 343

1.4结语 345

第二章光调制器 347

2.1引言 347

2.2导波型光调制器的种类和构成方法 347

2.2.1相位调制器 348

2.2.2正交尼科耳型强度调制器 349

2.2.3干涉仪型强度调制器 350

2.2.4定向耦合器型强度调制器 350

2.2.5模式变换型强度调制器 351

2.2.6其他的强度调制器 351

2.3电光光波导 352

2.2.7集中型和行波型 352

2.3.1扩散Ti的LiNbO3三维光波导 353

2.3.2光波导的分路 354

2.4调制电路 354

2.4.1对称型平面平行带状线路 355

2.4.2非对称型平面平行带状线路 356

2.4.3行波型光调制器的速度失配和带宽 359

2.5导波型光调制器的试制和调制实验 360

2.5.1行波型光调制器的频率特性 360

2.5.2元件的制作 361

2.5.3调制实验 362

2.6其它问题 363

2.6.1温度特性的稳定 363

2.6.2光耦合法 364

2.7结语 364

第三章导波型光开关及其应用 367

3.1引言 367

3.1.1光调制器与光开关 367

3.1.2光开关的分类 367

3.2 LiNbO3光分路元件的特性 368

3.2.1分路元件的工作原理 368

3.2.2光开关特性 369

3.3 LiNbO3光分路元件的应用 370

3.3.1 光隔离器 371

3.3.2 TE-TM模分离器 372

3.3.3四端光开关 373

3.4波导全息图用的光开光 374

3.4.1 LiNbO3全反射（TIR）开关 375

3.4.2液晶开关 376

3.5结语 377

第四章非可逆元件 379

4.1磁光效应和非可逆特性 379

4.2磁光薄膜的制作 381

4.3磁光晶体薄膜的光学特性 385

4.4利用磁光效应进行的光模转换 387

4.5非可逆薄膜功能元件 391

第五章平面光路元件 395

5.1透镜 395

5.1.1利用折射率不同的透镜 395

5.1.2光栅透镜 398

5.2反射镜、半透镜 406

5.3偏振器 406

后记 408