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出版者:Springer

作者:De Natale, Paolo 编

出品人:

页数:422

译者:

出版时间:2008-10-01

价格:USD 189.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540779636

丛书系列:

图书标签:

• 铁电
• 晶体
• 光子
• Ferroelectrics
• Photonic Crystals
• Nonlinear Optics
• Optical Materials
• Electro-optics
• Data Storage
• Optical Devices
• Thin Films
• Polarization
• Dielectrics

书籍简介：《铁电晶体在光子学应用中的前景与挑战》 作者： [此处留空，或根据实际情况填写] 出版社： [此处留空，或根据实际情况填写] 出版年份： [此处留空，或根据实际情况填写] --- 导言：光子学革命与功能材料的基石 在信息技术飞速发展的今天，我们正迈向一个由光驱动的未来。光子学，作为一门研究光的产生、操纵和探测的学科，正以前所未有的速度渗透到通信、计算、传感和能源等各个领域。硅基光电子技术虽然取得了巨大成功，但在某些关键性能指标上，如高速调制、非线性光学效应的增强以及对电场的灵敏响应等方面，传统半导体材料已逐渐触及性能极限。 因此，寻求具有独特电学、光学和耦合特性的新型功能材料，成为推动光子学进入更高性能阶段的关键。在众多候选材料中，铁电晶体以其独特的自发极化、对温度和电场的高度敏感性，以及优异的非线性光学性能，成为当代光子学研究中最引人注目的研究热点之一。 本书旨在提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角，聚焦于那些在光子学应用中展现出巨大潜力的铁电晶体及其复合系统。我们不会局限于对现有技术的简单罗列，而是深入探讨材料的本征物理机制、先进的薄膜制备技术，以及如何将这些独特的性能转化为可实际部署的光子器件。 第一部分：铁电物理学的回归与光子学需求的交汇 本部分将为读者建立理解铁电材料在光子学中应用的理论基础。我们首先回顾铁电性的基本概念，包括极化翻转、居里温度、以及畴结构对材料宏观性能的影响。 晶体结构与基本性质： 我们将详细分析钙钛矿结构（如 $ ext{BaTiO}_3$, $ ext{SrTiO}_3$ 及其掺杂体系）、钨缟结构（如 $ ext{LiNbO}_3$, $ ext{KTaO}_3$）等几大类重要铁电体的晶体学特征。重点阐述其在非中心对称点群下的光学各向异性，特别是双折射率和电光系数的来源。 铁电畴工程的精妙： 铁电材料的性能很大程度上依赖于其内部的电畴状态。本章将深入探讨如何通过外加电场、温度梯度或应力工程来精确控制畴壁位置和密度。这种“畴工程”不仅影响材料的介电响应，更直接决定了其在光调制器和存储器中的性能上限。 光场-电场耦合： 铁电体的核心魅力在于其强大的电光效应（Pockels效应）和二次谐波产生（SHG）等非线性效应。我们将用严谨的物理模型解析这些效应的本征机制，并对比传统铌酸锂（$ ext{LiNbO}_3$）与新兴氧化物铁电体在性能上的差异，为设计高效光电器件提供理论指导。 第二部分：先进薄膜与异质结的制备工艺 宏观块体晶体的限制性（如加工难度大、集成度低）促使研究转向薄膜和异质结领域。本部分将聚焦于如何突破材料生长和界面控制的瓶颈，以实现高性能的光子集成。 原子层级沉积与外延生长： 详细介绍脉冲激光沉积（PLD）、分子束外延（MBE）和原子层沉积（ALD）等关键技术在高质量铁电薄膜生长中的应用。特别关注氧空位缺陷如何影响薄膜的电学稳定性和光损伤阈值。 应变工程与界面效应： 铁电薄膜的性能极易受到衬底的晶格失配所诱导的应变影响。本章将系统分析应变如何改变晶体的铁电相变温度、提高非线性系数，并探讨衬底/铁电层界面的电子结构重构如何产生新的光电耦合效应。 铁电-介电异质结： 铁电材料很少单独使用，它们通常需要与其它功能层（如高折射率半导体、绝缘体）构筑异质结。我们将讨论如何利用异质结界面构建局域电场，例如在光电探测器中实现载流子的快速分离，或在波导结构中实现光场与电场的强耦合。 第三部分：核心光子学应用：从调制到非线性光学 本部分是本书的实践核心，展示铁电晶体在当前光子器件中的前沿应用。 高速光电调制器： 铁电晶体由于其高电光系数，是下一代高速光调制器的理想候选材料。我们将深入剖析基于铌酸锂波导的Mach-Zehnder调制器的工作原理，并探讨如何利用高介电常数的铁电氧化物薄膜（如 $ ext{BaTiO}_3$）来降低驱动电压，实现超小型化和高集成度的光开关。特别关注如何克服铁电材料的“缺陷锁定”问题，以确保调制器的长期可靠性。 非线性光学器件： 铁电晶体在频率转换、光开关和光限幅方面具有巨大优势。重点探讨周期性极化反转（PPLN/PPKTP）技术在准相位匹配（QPM）中的应用，这使得光信号在特定波长下实现高效的二次谐波、和频或差频产生。同时，也将讨论在铁电薄膜中实现高效率的片上非线性频率梳生成的前景。 光电传感与记忆： 铁电材料的易变极化特性使其成为理想的电荷存储和光电传感介质。讨论如何将铁电层集成到光敏传感器（如铁电光电探测器）中，实现超低噪声、高灵敏度的光信号捕获。此外，探讨铁电随机存储器（FeRAM）在光存储和光计算交叉领域中的潜在价值。 第四部分：挑战、前沿趋势与未来展望 尽管铁电晶体潜力巨大，但在将其从实验室推向大规模商业应用的过程中，仍存在诸多技术障碍。 长期稳定性与驱动限制： 铁电薄膜容易受光照、湿度和高频电场引起的“疲劳”效应影响，导致性能衰减。本章将分析疲劳机制，并提出基于材料设计和界面钝化的解决方案。 异质集成与光子芯片化： 如何将铁电薄膜与硅光子平台（Si Photonics）进行高效、低损耗的异质集成，是实现光子芯片集成的关键。讨论晶圆键合、激光剥离等技术在连接不同材料系统时的挑战与进展。 超越经典铁电：多铁性材料的崛起： 展望下一代材料——多铁性晶体（Ferroelectrics/Multiferroics），这类材料同时具备铁电性、铁磁性或弹性，使得电、磁、光、力信号的交叉调控成为可能。探讨如何利用电场同时控制光的吸收、发射和磁化状态，为量子模拟和新型信息处理提供全新的物理平台。 总结 《铁电晶体在光子学应用中的前景与挑战》并非一本简单的综述文献，它是一份对材料科学与光子工程交叉前沿的深入探索。本书致力于为材料科学家、光电子工程师以及研究生提供一个结构化的知识框架，帮助他们理解铁电材料的复杂物理，掌握前沿的制备与表征手段，并能有效地将这些先进晶体转化为下一代高性能光子器件的核心组成部分。通过对基础理论、实验技术和实际应用的全面覆盖，本书旨在激发读者在构建更快速、更智能、更高效的光子系统的征途中，充分挖掘铁电晶体的巨大潜力。

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《Ferroelectric Crystals for Photonic Applications》这本书，无疑是一份献给那些对利用材料本质属性来操控光线、实现尖端光子功能的人们的宝贵礼物。我一直对如何将抽象的物理概念转化为实际的光学器件抱有极大的热情，而这本书恰好满足了我这一探索欲。书中对铁电晶体在非线性光学效应的深入阐述，让我对光与物质的相互作用有了全新的认识。作者不仅解释了为何某些铁电晶体能够产生强大的二次谐波产生（SHG）和光学参量振荡（OPO）效应，更重要的是，揭示了如何通过精确控制材料的微观结构，如周期性极化翻转（PPLN），来最大化这些非线性过程的效率。书中详细介绍了PPLN技术在实现高功率激光器、光频率梳以及超快光学开关等方面的应用。我尤其欣赏书中对不同铁电晶体材料（如LiNbO3, KTP, Ba2NaNb5O15等）在非线性光学性能上的比较分析，这让我能够更清晰地认识到每种材料的优势和局限性。此外，书中还探讨了铁电晶体在光电探测领域的应用，如利用其压电效应和焦电效应来构建高灵敏度的光电传感器。书中对不同类型光电探测器的结构设计、工作原理以及性能参数的详细介绍，对于我理解和开发新型光电探测器非常有帮助。书中并没有回避实际的挑战，而是积极探讨了器件集成、材料稳定性以及制造工艺的优化等问题，并提出了一些具有建设性的解决方案。这种理论与实践相结合的风格，使得这本书的价值远超一般的学术专著。

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《Ferroelectric Crystals for Photonic Applications》这本书，与其说是一本学术专著，不如说是一份献给光子技术未来的一份精妙蓝图。我一直对如何利用材料的内在属性来操控光线，以实现前所未有的功能感到着迷，而这本书正好满足了我的这一渴望。书中开篇便对铁电晶体的基本概念进行了清晰的阐述，包括其自发极化、居里温度、畴结构等核心要素，为后续的光学应用奠定了坚实的理论基础。让我印象深刻的是，书中对铁电晶体非线性光学效应的讲解，特别是其在光学参量振荡（OPO）、二次谐波产生（SHG）等方面的应用。通过对不同铁电晶体材料的晶格结构、非线性光学张量的分析，以及对周期性极化翻转（PPLN）等关键技术的阐述，作者巧妙地揭示了如何通过精确控制材料的微观结构来实现高效的光频转换。此外，书中对铁电晶体在光电探测领域的应用也进行了深入的探讨，例如利用其压电效应和焦电效应来构建高灵敏度的光电传感器。书中详细介绍了不同类型光电探测器的结构设计、工作原理以及性能参数，并与传统的探测器进行了对比分析。让我感到欣喜的是，书中并没有回避挑战，而是积极探讨了铁电晶体在器件集成、稳定性以及成本控制等方面的实际难题，并提出了一些具有建设性的解决方案。这种现实与未来的结合，使得这本书更具实用价值。它不仅让我对铁电晶体的光子应用有了全面的认识，更激发了我对未来光子集成和量子光学研究的浓厚兴趣。

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最近有幸拜读了《Ferroelectric Crystals for Photonic Applications》这本著作，它如同一幅精心绘制的光子学画卷，徐徐展开了我对铁电晶体神奇光学世界的探索之旅。我一直对材料如何通过其内在电学特性来精确调控光信号充满好奇，而铁电晶体则恰好是这一领域的杰出代表。书中对铁电晶体电光效应的详尽解读，尤其是其在高速光电调制器中的应用，令我茅塞顿开。从Pockels效应的微观机理，到如何在铌酸锂等材料中构建低驱动电压、高带宽的光调制器，书中都进行了深入浅出的讲解。我尤其关注了书中关于如何在实际器件中实现长寿命、高稳定性的电极接触，以及如何优化器件的光波导结构，以最大程度地减少光损耗和色散。书中提供的实际设计案例和仿真结果，为我进行下一代光通信器件的研发提供了宝贵的参考。此外，书中还介绍了铁电晶体在光存储方面的应用，例如利用铁电畴翻转来记录和读取信息，这让我看到了铁电材料在未来信息存储技术中的巨大潜力。书中对不同铁电材料在存储密度、读写速度以及可靠性方面的比较分析，为我们选择合适的存储介质提供了重要的依据。让我感到兴奋的是，书中还展望了将铁电晶体与其他先进材料（如量子点、二维材料）集成，以实现更复杂、更智能的光子功能。这种跨界融合的思路，无疑为未来的光子集成技术发展指明了新的方向。

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最近有幸拜读了《Ferroelectric Crystals for Photonic Applications》，这本书如同一扇窗，为我打开了铁电晶体在光子学领域应用的广阔视野。我一直对材料科学与光学交叉的领域抱有浓厚的兴趣，而这本书恰好精准地捕捉了我的好奇心。书中对铁电晶体物理特性的深入剖析，特别是其在非线性光学、光电调制、光存储以及光电探测等方面的潜力，让我受益匪浅。作者不仅仅停留在理论层面，更进一步探讨了各种晶体材料（如铌酸锂、钛酸钡等）的制备工艺、性能表征，以及它们在实际器件中的应用案例。我特别欣赏书中对不同晶体结构如何影响其光学和电学性能的细致解读，这使得我能够更深刻地理解材料设计与器件性能之间的内在联系。例如，书中详细阐述了晶体畴结构、极化取向对二次谐波产生效率、电光系数等关键参数的影响，并结合了大量的实验数据和理论模型进行佐证。此外，对于如何优化晶体生长条件以获得高质量、特定晶向的材料，以及如何进行表面处理和电极设计以提升器件性能，书中也给出了不少启发性的见解。阅读过程中，我经常会停下来思考，书中提到的概念如何与我之前学习到的其他材料或光学知识相联系，这种跨学科的思考极大地拓宽了我的思路。书中的图表清晰明了，引用的文献也非常详实，这为我进一步深入研究提供了宝贵的信息来源。总而言之，《Ferroelectric Crystals for Photonic Applications》是一本集理论深度、实验广度与应用前瞻性于一体的优秀著作，对于任何对铁电材料在光子学领域应用感兴趣的研究人员或学生来说，都是一本不可多得的参考书。它不仅满足了我对这个领域的好奇心，更激发了我进一步探索和学习的动力，让我对未来的光子器件发展充满了期待。

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这本《Ferroelectric Crystals for Photonic Applications》给我留下了极其深刻的印象，它不仅是一本技术手册，更是一部关于材料科学与光子技术融合的史诗。作者以一种既严谨又富有洞察力的方式，剖析了铁电晶体这种特殊材料所蕴含的巨大光子应用潜力。从基本的铁电相变原理，到其独特的电光效应、非线性光学特性，再到如何将其转化为实际的光电器件，书中无不细致入微。我尤其被书中对铌酸锂（LiNbO3）在光通信领域应用的详尽论述所吸引。书中不仅解释了为什么LiNbO3具有优异的电光调制性能，还深入探讨了其波导制造技术、光栅耦合器设计等关键环节。对于如何通过改变掺杂浓度、进行晶体畴翻转来调控其光学响应，书中给出了具体的实验方案和理论分析，这对于我理解和设计高性能光调制器非常有帮助。此外，书中还涉及了其他一系列铁电晶体，如KTP（磷酸钛酰氧钾）、BGO（锗酸铋）等，并对它们在倍频、拉曼光谱、光限幅等不同应用场景下的优势和局限性进行了比较分析。这种对比性的介绍，让我能够更清晰地认识到，针对不同的光子应用需求，选择合适的铁电晶体材料至关重要。书中对于新型铁电材料的探索和展望，也让我看到了未来研究的方向和无限可能。例如，书中提到的多铁性材料，即同时具有铁电、铁磁等特性的材料，其在信息存储和处理方面的潜在应用，无疑为整个领域注入了新的活力。阅读这本书的过程，就像是在进行一次穿越材料科学和光学世界的奇妙旅程，每一次翻页都充满了惊喜和发现。

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最近翻阅了《Ferroelectric Crystals for Photonic Applications》，这本书对于我这个一直潜心研究光学器件的工程师来说，无疑是一场及时雨。我一直对如何利用材料的电学特性来影响其光学行为深感好奇，而铁电晶体恰好完美地契合了这一点。书中对铁电晶体电光效应的阐述，特别是其在电光调制器中的应用，让我茅塞顿开。从Pockels效应的微观机理，到如何在铌酸锂等材料中构建高速、低驱动电压的光调制器，书中都进行了详尽的讲解。我尤其关注了书中关于如何在实际器件中实现长寿命、高稳定性的电极接触以及如何优化器件的光波导结构，以最大程度地减少损耗和色散。书中提供的实际设计案例和仿真结果，对于我进行产品开发具有极高的参考价值。此外，书中还介绍了铁电晶体在光存储方面的应用，如利用铁电畴翻转来记录和读取信息，这让我看到了铁电材料在未来信息技术中的潜在角色。书中对不同铁电材料在存储密度、读写速度以及稳定性方面的比较，为我们选择合适的存储介质提供了重要的依据。让我感到兴奋的是，书中还提到了将铁电晶体与其他先进材料（如半导体、二维材料）集成，以实现更复杂、更智能的光子功能。这种跨学科的集成思路，无疑为未来的光子技术发展指明了新的方向。这本书不仅仅停留在理论层面，更深入到实际的设计和制造过程，提供了宝贵的工程实践指导。

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我最近有幸通读了《Ferroelectric Crystals for Photonic Applications》，这本书犹如一把钥匙，为我打开了通往铁电晶体光子学世界的大门。我对材料科学与光学交叉领域一直抱有浓厚的兴趣，而这本书恰好精准地契合了我的求知欲。书中对铁电晶体基本物理原理的讲解，特别是其在光子应用中的独特优势，让我受益匪浅。我特别喜欢书中对不同铁电晶体材料（如铌酸锂、钽酸锂、钛酸钡等）的性能和特性的详细比较。作者深入剖析了这些材料的晶格结构、介电常数、压电系数、电光系数以及非线性光学系数等关键参数，并结合了大量的实验数据和理论模型进行佐证。这种细致的对比分析，使我能够更清晰地认识到，针对不同的光子应用需求，如何选择最合适的铁电晶体材料。例如，书中详细阐述了铌酸锂在电光调制和倍频方面的优越性，而钛酸钡在热释电探测和铁电存储方面的潜力。此外，书中还探讨了如何通过掺杂、退火、表面处理等工艺手段来优化铁电晶体的性能，以满足更苛刻的应用要求。例如，通过掺杂稀土元素来增强铁电晶体的发光性能，或者通过表面处理来降低光波导的损耗。书中引用的文献也非常详实，为我进一步深入研究提供了宝贵的信息来源。总而言之，《Ferroelectric Crystals for Photonic Applications》是一本集理论深度、实验广度与应用前瞻性于一体的优秀著作，对于任何对铁电材料在光子学领域应用感兴趣的研究人员或学生来说，都是一本不可多得的参考书。

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最近读完《Ferroelectric Crystals for Photonic Applications》，这本书给我带来的震撼和启发难以言表。它不仅仅是一本技术手册，更像是一部关于材料科学与光子技术融合的史诗。作者以一种既严谨又富有洞察力的方式，剖析了铁电晶体这种特殊材料所蕴含的巨大光子应用潜力。从基本的铁电相变原理，到其独特的电光效应、非线性光学特性，再到如何将其转化为实际的光电器件，书中无不细致入微。我尤其被书中对铌酸锂（LiNbO3）在光通信领域应用的详尽论述所吸引。书中不仅解释了为什么LiNbO3具有优异的电光调制性能，还深入探讨了其波导制造技术、光栅耦合器设计等关键环节。对于如何通过改变掺杂浓度、进行晶体畴翻转来调控其光学响应，书中给出了具体的实验方案和理论分析，这对于我理解和设计高性能光调制器非常有帮助。此外，书中还涉及了其他一系列铁电晶体，如KTP（磷酸钛酰氧钾）、BGO（锗酸铋）等，并对它们在倍频、拉曼光谱、光限幅等不同应用场景下的优势和局限性进行了比较分析。这种对比性的介绍，让我能够更清晰地认识到，针对不同的光子应用需求，选择合适的铁电晶体材料至关重要。书中对于新型铁电材料的探索和展望，也让我看到了未来研究的方向和无限可能。例如，书中提到的多铁性材料，即同时具有铁电、铁磁等特性的材料，其在信息存储和处理方面的潜在应用，无疑为整个领域注入了新的活力。阅读这本书的过程，就像是在进行一次穿越材料科学和光学世界的奇妙旅程，每一次翻页都充满了惊喜和发现。

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《Ferroelectric Crystals for Photonic Applications》这本书，如同一位博学而耐心的向导，带领我深入探索了铁电晶体在光子学领域波澜壮阔的海洋。我一直对材料的独特属性如何被用来实现神奇的光学功能充满好奇，而铁电晶体那与生俱来的电极化能力，以及由此衍生的丰富光学效应，正是令我着迷之处。书中对铁电晶体如何产生非线性光学效应的解释，尤其让我印象深刻。作者通过对晶体对称性和极化矢量的细致分析，清晰地阐述了为何某些铁电晶体能够表现出如此强大的二次、三次甚至更高阶的非线性光学响应。书中对周期性极化翻转（PPLN）技术的详细介绍，让我理解了如何通过精确控制材料内部的电畴结构，来增强非线性过程的效率，从而实现高效的光频转换，例如生成高功率的绿光或紫外光。我特别欣赏书中对不同非线性光学效应在实际器件中的应用案例的呈现，如光学参量放大、光开关等。这些案例不仅直观地展示了理论的威力，也为我提供了创新的灵感。书中还对铁电晶体在光电调制和光开关领域的应用进行了深入探讨。通过调控外加电场，可以改变晶体的折射率，从而实现对光信号的快速调制。我注意到书中对驱动电压、调制带宽以及插损等关键参数的讨论，这对于工程师来说是非常实用的信息。总而言之，这本书是一本集理论、技术与应用为一体的优秀读物，它不仅拓展了我的知识边界，更点燃了我对铁电晶体在未来光子技术中扮演更重要角色的无限遐想。

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《Ferroelectric Crystals for Photonic Applications》这本书，就像一位经验丰富的向导，引领我深入理解了铁电晶体在光子学领域那丰富多彩的奥秘。我对材料科学与光学交叉领域的研究一直充满热情，而这本书恰好精准地捕捉了我的兴趣点。书中开篇便对铁电晶体的基本概念进行了清晰的阐述，包括其自发极化、居里温度、畴结构等核心要素，为后续的光学应用奠定了坚实的理论基础。让我印象深刻的是，书中对铁电晶体非线性光学效应的讲解，特别是其在光学参量振荡（OPO）、二次谐波产生（SHG）等方面的应用。通过对不同铁电晶体材料的晶格结构、非线性光学张量的分析，以及对周期性极化翻转（PPLN）等关键技术的阐述，作者巧妙地揭示了如何通过精确控制材料的微观结构来实现高效的光频转换。此外，书中对铁电晶体在光电探测领域的应用也进行了深入探讨，例如利用其压电效应和焦电效应来构建高灵敏度的光电传感器。书中详细介绍了不同类型光电探测器的结构设计、工作原理以及性能参数，并与传统的探测器进行了对比分析。让我感到欣喜的是，书中并没有回避挑战，而是积极探讨了铁电晶体在器件集成、稳定性以及成本控制等方面的实际难题，并提出了一些具有建设性的解决方案。这种现实与未来的结合，使得这本书更具实用价值。它不仅让我对铁电晶体的光子应用有了全面的认识，更点燃了我对未来光子集成和量子光学研究的浓厚兴趣。

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