第一部分 光互连的基础知识 1
第1章 概述 3
1.1 光互连网络概念及背景 3
1.2 从光的本性讨论实现光互连的物理依据 5
1.3 光互连系统的一些技术特性 7
1.4 光互连的发展史 8
参考文献 11
2.2 巨型计算机 12
2.2.1 巨型计算机的定义 12
2.1 概述 12
第2章 计算机系统体系结构概述 12
2.2.2 巨型计算机并行处理的粒度 13
2.2.3 MPP系统与并行处理器系统的定义 13
2.2.4 MPP系统和并行向量系统之间的差别 15
2.3 计算机分类学 17
2.3.1 Flynn分类法 17
2.3.2 Skillicorn分类学 19
2.3.4 Frietman-van Nifterick分类学 20
2.3.3 Bell的分类学 20
2.4 巨型计算机体系结构的分类学 21
2.4.1 光互连网络设计过程中的体系结构与物理结构 21
2.4.2 并行计算机扩展 21
2.5 结论和展望 23
参考文献 24
3.1.1 大规模并行计算机中的互连网络 25
3.1.2 电互连的优势与限制 25
3.1 概述 25
第3章 光互连网络概述 25
3.1.3 光互连的优越性 26
3.1.4 光互连技术的实现方式 27
3.2 网络拓扑学 28
3.2.1 网络拓扑的基本概念 28
3.2.2 基本网络拓扑类型 28
3.2.3 多级开关网络（multistage networks） 32
3.3 并行计算机系统中的光纤互连技术 35
3.3.1 光互连网络的多路复用 35
3.3.2 多路复用的类型 36
3.3.3 光的多路解复用 37
3.3.4 加／减多路复用 41
3.4 同步光网络 41
3.4.1 SONET标准 42
3.4.2 环状结构SONET 42
3.5 密集波分复用（DWDM） 43
3.5.1 光谱传输的窗口 44
3.5.2 DWDM的发展 45
3.5.3 DWDM的运行 46
3.5.4 放大器和DWDM 47
参考文献 49
第4章 光互连系统 52
4.1 概述 52
4.1.1 并行处理系统互连网络主要参数 53
4.1.2 提高互连网络性能的途径 54
4.1.3 光网络的评价特性 55
4.2 并行计算机系统中的光纤互连技术 59
4.2.1 光电混合互连 59
4.2.3 光纤与光源的耦合 60
4.2.2 光纤镶嵌机敏层互连背板 60
4.3 光电混合光纤互连方式 62
4.3.1 并行处理系统中光互连网络的特点 62
4.3.2 并行光互连链路 63
4.3.3 聚合物光导材料与光互连 63
4.3.4 WDM技术与光互连 65
4.4 自由空间光互连背板 66
4.4.1 自由空间多面镜光互连 66
4.4.2 透镜-多面镜连接器 66
4.4.3 透镜-多面镜组合光学背板的相关器件 67
4.4.4 自由空间多成像互连背板 71
4.4.5 动态实验测量 76
4.4.6 光学模块的模拟 80
4.5 平板波导双向光背板总线 82
4.5.1 计算机电子背板总线系统限制 82
4.5.2 双向光背板总线体系结构 83
4.5.3 多机系统光背板总线实验结果 84
4.5.4 光背板总线系统的理论限制 86
4.5.5 总线协议适用于光背板总线系统 90
4.5.6 双向光背板总线质量的影响因子 92
4.6 基于智能像素自由空间光互连 93
4.6.1 自由空间互连与智能像素概述 93
4.6.2 智能像素三维光互连系统 96
4.6.3 VCSEL/Si智能像素阵列 98
4.6.4 智能像素阵列光机处理系统 100
4.6.5 智能像素阵列的封装 101
4.7 空分-波分复用联合的广播和选择（B S）交换系统 102
参考文献 105
第二部分 光互连网络器件基础 111
第5章 器件制备技术概述 113
5.1 半导体衬底制备 113
5.1.1 直拉法生长硅单晶 113
5.1.2 GaAs的生长 115
5.2 扩散掺杂和离子注入 117
5.2.1 扩散 117
5.2.2 离子注入 120
5.3 光刻技术 125
5.3.1 集成电路设计中的光刻概述 125
5.3.2 接触式／接近式光刻机 128
5.3.3 投影光刻机 130
5.3.4 掩模缺陷检测和分辨率提高 133
5.3.5 光刻胶 137
5.4 物理淀积薄膜制备 142
5.4.1 蒸发 142
5.4.2 溅射 146
5.4.3 化学气相淀积 149
5.5.1 外延生长原理 153
5.5 外延生长 153
5.5.2 外延生长设备 157
5.6 器件隔离 163
5.6.1 PN结隔离和氧化物隔离 163
5.6.2 硅的局部氧化隔离技术 165
5.6.3 沟槽隔离 166
5.6.4 绝缘体上硅隔离技术 168
5.6.5 半绝缘衬底 169
5.7 器件接触和金属化 170
5.7.1 肖特基接触与欧姆接触 170
5.7.2 合金接触与多层金属化 171
参考文献 174
第6章 光源及探测器 178
6.1 光电子器件概述 178
6.1.1 激光器 178
6.1.2 光电探测器及阵列光电导探测器 180
6.1.3 无源光电子器件 182
6.1.4 光纤器件 183
6.1.5 二元光学元件 185
6.2.1 铁电氧化物基材料 186
6.2 光电子材料 186
6.2.2 玻璃基材料 187
6.2.3 硅基材料 187
6.2.4 Ⅲ-Ⅴ族化合物 188
6.2.5 Ⅱ-Ⅵ族化合物 188
6.2.6 有机聚合物材料 188
6.2.7 磁光材料 189
6.2.8 LiF材料 190
6.3.1 发光二极管的结构和基本工作原理 192
6.3 发光二极管 192
6.3.2 高速发光二极管 198
6.3.3 超辐射发光二极管（SLD） 201
6.4 半导体激光二极管和激光器组件 204
6.4.1 半导体激光二极管的应用和分类 204
6.4.2 法布里-珀罗型激光二极管 205
6.4.3 分布反馈激光二极管和分布布拉格反射器激光二极管 209
6.4.4 量子阱激光器 212
6.4.5 垂直腔面发射激光器（VCSEL） 218
6.4.6 激光器组件 219
6.4.7 衡量激光二极管和激光器组件的常用参数 220
6.5 光电探测器和光接收组件 233
6.5.1 PN结光电二极管 233
6.5.2 肖特基光电二极管 236
6.5.3 集成光学型光电探测器 238
6.5.4 光接收组件 240
6.5.5 光电探测器和光接收组件常用参数 242
参考文献 246
7.1 集成光学器件概述 248
第7章 光互连网络中的光集成器件 248
7.2.1 铁电晶体集成光学器件 249
7.2 集成光学调制器 249
7.2.2 波导Mach-Zehnder干涉仪型电光调制器 250
7.2.3 对集成光学调制器的性能要求 251
7.2.4 其他集成光学调制器 252
7.3 Ⅲ-Ⅴ族半导体集成光学器件 253
7.3.1 GaAs基集成光学器件 253
7.3.2 InP基集成光学器件 260
7.4.1 硅光波导 267
7.4 硅基集成光学器件 267
7.4.2 SiO2光波导 269
7.4.3 硅光波导集成光学器件 270
7.4.4 SiO2基波导集成光学器件 274
7.5 聚合物基集成光学器件 282
7.5.1 聚合物光波导 283
7.5.2 聚合物光功率分配器 286
7.5.3 聚合物波导偏振分束器和偏振器 288
7.5.4 聚合物基波分复用器／解复用器 292
7.5.5 聚合物波导光束偏转器 297
7.6 SiO2基PLC平台上的混合集成技术 300
7.6.1 多芯片光混合集成技术 300
7.6.2 光电多芯片组件集成技术 302
7.6.3 PLC光收发两用机组件 306
7.6.4 PLC平台多信道LD组件 307
7.6.5 PLC波导隔离器 307
7.6.6 PLC高速混合集成光接收机阵列组件 309
参考文献 310
第三部分 光互连技术 315
第8章 光链路技术 317
8.1 计算机光互连技术概况 317
8.1.1 计算机高速互连协议 318
8.1.2 计算机专用互连系统 319
8.2 计算机时分复用光纤互连技术 326
8.2.1 时分复用高速光互连链路 327
8.2.2 时分复用高速光互连环网 332
8.2.3 光互连环网的扩展 336
8.3 计算机波分复用光互连网络 337
8.3.1 计算机双波长环网 339
8.3.2 粗波分复用光互连网络 341
8.4 计算机空间红外无线互连技术 343
8.4.1 计算机间红外数据链路 343
8.4.2 计算机红外无线网络 351
参考文献 356
9.1 概述 360
9.1.1 网络中开关的作用 360
第9章 光开关在光互连技术中的应用 360
9.1.2 开关在网络中的作用 364
9.1.3 各种开关方式 366
9.1.4 ATM交换 369
9.1.5 光学对开关技术的作用 370
9.2 光开关的原理 371
9.2.1 光开关是实现光交换的核心器件 371
9.2.2 光交叉连接 372
9.2.3 光分插复用器 374
9.3.1 光开关的性能及参数 382
9.3 光开关的结构 382
9.3.2 光开关的分类及其原理 383
9.3.3 其他类型光开关 389
9.4 光交换原理和光开关矩阵 392
9.5 自由空间光开关 393
9.5.1 自由空间光学 393
9.5.2 SEED开关 397
9.5.3 EARS开关 399
9.5.4 智能像素 400
9.5.5 多级光束位移器型光开关 401
9.5.6 相干光光开关 402
9.6 热光型光开关 402
9.6.1 热光型光开关原理 402
9.6.2 2×2热-光开关和复用器／解复用器 403
9.6.3 N×N热-光矩阵光开关 405
9.6.4 热-光数字开关 406
9.7 聚合物波导调制器和开关 409
9.7.1 聚合物波导调制器 409
9.7.2 聚合物数字开关 411
9.7.3 聚合物热光开关 412
参考文献 414
第10章 全息术用于交换技术 418
10.1 全息术的基本原理 418
10.1.1 全息术的基本概念 418
10.1.2 体全息图及布拉格选择性 419
10.2 全息光互连原理及方法 420
10.3 全息复用技术 423
10.3.2 随机位相编码复用 424
10.3.1 空间复用技术 424
10.3.3 位移复用 428
10.3.4 角度复用 433
10.4 全息互连元件的制作 436
10.4.1 全息透镜阵列 437
1O.4.2 交叉光互连全息元件 437
10.4.3 光互连主板 439
10.4.4 多级衍射全息光栅 440
10.5 可擦除全息记录与全息图的固化 442
10.5.1 光折变全息存储机理 443
10.5.2 可擦除全息记录 445
10.5.3 全息图的热固定 447
10.5.4 全息图的光固定 449
10.6 计算全息图 452
10.6.1 相息图 454
10.6.2 Dammann光栅和位相光栅 455
10.6.3 位相计算全息光栅 456
10.7 全息图用于光互连网络中的交换 457
10.7.1 全混洗网络 457
10.7.2 蝶型互连 460
10.7.3 印刷电路板之间的全息光互连 462
10.7.4 多级扇出／扇入互连网络 464
10.8 多级电控全息交叉互连 467
参考文献 469
第11章 实时空间光调制器用于光交换 475
11.1 概述 475
11.1.1 实时空间光调制器 475
11.1.2 光学空间光调制器互连网络模型 477
11.2.1 液晶材料 480
11.2 液晶光阀实时空间光调整器用于光交换 480
11.2.2 液晶光阀器件 483
11.2.3 阴极射线管耦合液晶光阀 486
11.2.4 液晶光阀实时空间调制器互连方案 487
11.3 声光调制器光互连方案 490
11.3.1 声光器件的原理和结构 490
11.3.2 声光调制器 493
11.3.3 声光光子开关光互连 495
11.4 数字微镜器件光学交叉开关 497
11.5.1 光折变晶体概述 498
11.5 折变晶体光互连 498
11.5.2 光折变晶体互连方案 500
参考文献 502
第12章 光纤旋转连接器 505
12.1 概述 505
12.2 光纤旋转连接器的种类及工作原理 509
12.2.1 光纤旋转连接器的种类 509
12.2.2 光纤旋转连接器的工作原理 509
12.2.3 光纤连接器的装配误差 511
12.3 透镜扩束旋转连接器 513
12.3.1 透镜扩束旋转连接器原理 513
12.3.2 自聚焦透镜旋转连接器 516
12.4 有源光纤旋转连接器 520
12.4.1 单通道有源光纤旋转连接器 521
12.4.2 多通道有源光纤旋转连接器 523
12.5 无源光纤旋转连接器 523
12.5.1 无源光纤旋转连接器的发展 523
12.5.2 无源光纤旋转连接器的类型 524
12.5.3 单通道无源光纤旋转连接器 525
12.5.4 多通道无源光纤旋转连接器 526
12.5.5 菲涅耳透镜的多通道光纤旋转连接器 527
12.6 多波长光纤旋转连接器 528
12.6.1 无源多路空间光旋转连接器 528
12.6.2 红外旋转连接器 530
12.6.3 红外旋转连接器的角度偏差、离轴偏差和轴向偏差 532
参考文献 534
编后语 537