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第1章 概论 1

1.1 集成光电子学的概念和研究范围 1

1.2 研究集成光电子学的意义 2

1.3 光电子集成的发展方向 4

1.4 光电子集成的方式 7

1.4.1 功能集成 7

1.4.2 个数集成 9

1.5 光电子集成的途径 10

1.5.1 单片集成 11

1.5.2 混合集成 14

习题 16

参考文献 17

第2章 平面介质光波导理论 19

2.1 平板波导的射线光学理论 21

2.1.1 光线在介质界面的反射和折射 21

2.1.2 光线在平板波导中的传播 23

2.1.3 平板波导中的导行波 24

2.1.4 古斯汉欣位移 26

2.2 平板波导和条形波导的波动方程分析和波的传播模式 29

2.2.1 均匀平板波导中的光场和波的传播模式 31

2.2.2 条形光波导的光场和波的传播模式 37

2.2.3 玻璃衬底离子交换波导 44

2.3 导波模耦合理论 46

2.3.1 介质光波导的耦合模微扰理论 47

2.3.2 相互耦合的光波导之间的模式耦合 48

2.3.3 周期波导中波的耦合模分析 51

习题 55

参考文献 56

第3章 晶体光学和光调制原理 57

3.1 晶体学基础 57

3.1.1 晶体的空间点阵理论和晶系的划分 57

3.1.2 晶体的对称性 60

3.2 晶体光学介绍 62

3.3.1 电光效应的基本概念 66

3.3 电光效应 66

3.3.2 线性电光效应及电光调制器 67

3.4 声光效应 70

3.4.1 弹光效应和声光效应 70

3.4.2 声光相互作用 70

3.4.3 声光调制和声光偏转 73

3.5 磁光效应 75

3.5.1 磁化和磁畴 76

3.5.2 法拉第旋转效应 77

3.5.3 磁光克尔效应 79

3.5.4 磁致双折射效应 81

习题 82

参考文献 83

第4章 半导体激光器和光放大器 84

4.1 半导体激光器 85

4.1.1 半导体激光器的激光工作物质的特点 85

4.1.2 半导体激光器谐振腔和工作模式 92

4.1.3 半导体激光器的主要特性 97

4.2 光通信中的半导体激光器 100

4.3 半导体激光放大器 103

4.3.1 增益特性 105

4.3.2 噪声 106

4.4 新型半导体激光器介绍 107

4.4.1 分布反馈式半导体激光器 109

4.4.2 量子阱激光器 111

4.4.3 垂直腔面发射激光器 112

习题 115

参考文献 115

第5章 光纤光栅和阵列波导光栅 117

5.1 光纤光栅及其光学特性 117

5.1.1 均匀周期光栅光学特性 118

5.1.2 非均匀周期光栅的折射率分布和光谱特性 120

5.2 光纤光栅的应用和发展方向 122

5.2.1 光纤光栅的应用 122

5.3 阵列波导光栅的结构和原理 126

5.2.2 光纤光栅的发展方向 126

5.3.1 阵列波导光栅的结构 127

5.3.2 阵列波导光栅的原理 128

5.3.3 自由光谱范围 130

5.3.4 频率响应 131

5.3.5 阵列波导光栅的性能参数 132

5.4 阵列波导光栅的设计与发展现状 132

5.4.1 具有热稳定性的阵列波导光栅设计 133

5.4.2 极低损耗的阵列波导光栅设计 134

5.4.3 低偏振相关性阵列波导光栅设计 135

5.5.1 波长复用／解复用器 137

5.5 阵列波导光栅的应用 137

5.5.2 波导光栅路由器 139

5.5.3 光分／插复用器 141

5.5.4 阵列波导光栅滤波器 142

习题 143

参考文献 143

第6章 电光集成器件 146

6.1 几种常用电光材料的线性电光效应 146

6.1.1 铌酸锂晶体的线性电光效应 147

6.1.2 GaAs和InP晶体的线性电光效应 149

6.2 电光开关与调制器 149

6.2.1 开关器和调制器的基本工作特性 150

6.2.2 波导型电光开关和调制器的基本构型 152

6.3 电光波导布喇格衍射调制器 163

6.4 电光模式转换器 165

6.5 电光波长可调谐滤波器 168

习题 169

参考文献 169

第7章 声光集成器件 172

7.1 声表面波技术概述 172

7.1.1 声表面波技术发展概况 172

7.1.2 声表面波技术的特点 173

7.1.3 声表面波与体声波的区别 174

7.1.4 声表面波材料 174

7.2 模式转换型声光器件 176

7.2.1 基本结构单元 177

7.2.2 声光可调谐滤波器 180

7.2.3 波长选择开关和分／插复用器 184

7.2.4 集成声光器件在波分复用系统中的应用 187

7.3 布喇格衍射型声光器件 188

7.4 全光纤声光可调谐滤波器 190

习题 191

参考文献 191

第8章 集成光源和波长转换器 194

8.1 多波长集成光源 194

8.2 波长可调谐光源 198

8.2.1 连续波长调谐光源 199

8.2.2 不连续波长调谐光源 201

8.3 波长转换器 203

习题 207

参考文献 207

第9章 集成光探测器 211

9.1 p-n结光电二极管 211

9.1.1 反向偏置下p-n结的特性 211

9.1.2 工作原理 215

9.1.3 频率响应 216

9.1.4 探测灵敏度 217

9.2 雪崩光电二极管 219

9.1.5 波导型p-i-n光电二极管 219

9.3 肖特基势垒探测器 222

习题 224

参考文献 224

第10章 磁光隔离器和环行器 226

10.1 磁光材料 226

10.2 磁光隔离器 228

10.2.1 光隔离器的工作原理和技术要求 229

10.2.2 光隔离器的结构类型和原理 232

10.2.3 光隔离器的发展与应用 238

10.3 磁光环行器 241

10.3.1 光环行器的工作原理 241

10.3.2 波导型光环行器 243

10.3.3 光环行器的应用 245

习题 249

参考文献 249

第11章 集成光电子器件的材料 252

11.1 集成光电子材料特性及有关物理性质 252

11.2 集成光电子半导体材料 255

11.2.1 集成光电子半导体材料 255

11.2.2 集成光电子半导体材料的发展状况 257

11.3 集成光电子器件用非半导体介质材料 259

11.4 集成光电子器件用的其他材料 260

参考文献 262

习题 262

第12章 集成光电子学中的主要制备技术 264

12.1 薄膜淀积技术 264

12.1.1 物理淀积方法 264

12.1.2 化学气相淀积方法 266

12.1.3 混合方法 266

12.2 光刻技术 268

12.2.1 光刻抗蚀胶 268

12.2.2 光学光刻技术 270

12.2.3 非光学光刻技术 271

12.3 蚀刻技术 272

12.4 介质光波导制备技术 275

12.4.1 结晶基片的制备 277

12.4.2 掺杂技术 278

12.4.3 条形介质光波导及有关元件的制备 281

12.5 半导体单片集成器件制作工艺 283

12.5.1 半导体单片集成型集成光电子学器件制作工艺流程 283

12.5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物的外延生长 286

12.6 光纤光栅的写入技术 294

习题 297

参考文献 298

第13章 平面介质光波导的数值计算原理 301

13.1 平面介质光波导的有限元方法 302

13.1.1 有限元方法概略 302

13.1.2 封闭波导的有限元理论 303

13.1.3 开放波导的有限元理论 308

13.1.4 有限元方法的形状函数（插值基函数） 313

13.2 平面介质光波导的有限差分方法 315

13.2.1 封闭均匀波导的有限差分方法 315

13.2.2 封闭不均匀波导的有限差分方法 318

13.3 平面介质光波导的束传播方法 322

13.3.1 傅里叶变换束传播方法 322

13.3.2 有限差分束传播方法 325

习题 329

参考文献 329

附录 缩略语表 331