Nanophotonics and Nanofabrication pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Ohtsu, Motoichi 编

出品人:

页数:276

译者:

出版时间:2009-5

价格:1736.00元

装帧:

isbn号码:9783527321216

丛书系列:

图书标签:

• 纳米光子学
• 纳米制造
• 光子学
• 纳米技术
• 材料科学
• 光学
• 物理学
• 工程学
• 器件
• 生物光子学

光学信息处理与先进传感技术 图书简介 本书全面深入地探讨了当代信息技术领域的前沿课题——光学信息处理和先进传感技术。在数据爆炸和计算能力日益增长的背景下，传统电子学已逐渐接近物理极限，而基于光的全新信息处理范式正以前所未有的速度崛起，成为下一代高性能计算、通信和精密测量的核心驱动力。本书旨在为读者提供一个结构严谨、内容前沿的知识体系，涵盖从基础光与物质相互作用的理论模型到尖端器件的实际应用。 第一部分：光学信息处理的基础理论与方法 本部分奠定了理解现代光学信息处理系统的理论基石，重点关注信息的编码、传输和处理的物理学原理。 第一章：光与信息的基本概念重述 本章首先回顾了电磁波理论在光频范围内的适用性，并深入解析了光子作为信息载体的独特优势，如高带宽、抗电磁干扰能力以及低功耗潜力。重点讨论了信息论在光通信中的应用，包括香农-哈特利定理在光纤信道中的修正与扩展。随后，本章引入了波前整形、空间光调制器（SLM）等核心概念，为后续的计算光学打下基础。 第二章：非线性光学与光计算 非线性光学是实现高速、高密度信息处理的关键。本章详细分析了二阶和三阶非线性效应，例如二次谐波产生（SHG）、自相位调制（SPM）和克尔效应。在光计算方面，本章重点探讨了基于这些非线性效应构建的光学逻辑门和存储单元的原理。讨论了光孤子（Optical Solitons）在光纤信道中克服色散限制、实现超长距离无损传输的机制，并展望了它们在光脉冲整形和超快开关中的应用前景。 第三章：拓扑光学与保护传输 新兴的拓扑物理概念已被成功引入光学领域，为构建鲁棒性极强的光系统提供了新的思路。本章深入解析了拓扑绝缘体、拓扑晶体和拓扑边界态在光子晶体和超材料结构中的对应物。重点阐述了如何设计具有拓扑保护特性的光波导和谐振腔，使得光信号能够抵抗结构缺陷和散射噪声的干扰，实现高可靠性的信息路由和传输，这是未来集成光子芯片稳定性的重要保障。 第二部分：先进光电器件与集成技术 本部分将理论知识转化为实际的工程实现，聚焦于支撑信息处理和传感的各类关键光电器件的原理、设计与制造。 第四章：高速光调制器与探测器 调制和探测是光信号处理链条中的核心环节。本章详尽介绍了马赫-曾德尔调制器（MZM）、电吸收调制器（EAM）和铌酸锂（LN）调制器的工作原理、性能指标（如$V_pi L$、带宽和插入损耗）。在探测端，本章分析了雪崩光电二极管（APD）、PIN光电二极管以及单光子雪崩二极管（SPAD）的性能差异，并探讨了如何通过掺杂工程和结构优化来提升其响应速度和量子效率。 第五章：微纳光子集成技术 将复杂的光学系统微型化并集成到芯片上是实现低成本、大规模应用的前提。本章详细介绍了硅基光子学（Silicon Photonics）作为主流技术平台的技术路线，包括SOI（Silicon-On-Insulator）的制备、波导的耦合技术（如光栅耦合器、边缘耦合器）。此外，本章还探讨了异质集成策略，例如如何将III-V族材料（如InP）集成到硅基平台上以实现片上激光器和放大器，克服硅材料的固有局限性。 第六章：超材料与超表面光学 超材料和超表面代表了对光场进行亚波长尺度的精细调控。本章首先解释了负折射率、零折射率等奇异光学特性背后的物理机制。随后，重点介绍了基于等离子激元和介电共振的超表面设计原则，阐述了如何通过精确设计亚波长单元结构（Meta-atoms）来实现对光波的振幅、相位和偏振的任意操控。应用实例包括超薄平面透镜（Metalenses）、隐身器件和高灵敏度传感器。 第三部分：精密传感与测量应用 本部分将前述的光学处理和器件技术应用于高精度测量和环境监测领域，展现了光子技术在解决实际工程问题中的强大能力。 第七章：激光雷达（LiDAR）技术与深度感知 激光雷达是自动驾驶、三维测绘和机器人导航的核心技术。本章系统梳理了不同LiDAR技术路线的优劣，包括：飞行时间（ToF）法、连续波（CW）调频连续波（FMCW）法以及基于散斑成像的相干测量法。本章着重分析了如何利用光束整形和高分辨率扫描技术来提高测距精度和角分辨率，并讨论了抗干扰和背景噪声抑制的信号处理方法。 第八章：高灵敏度光谱传感 光谱学在化学分析、生物成像和环境监测中扮演着不可替代的角色。本章探讨了如何利用光子集成技术制造小型化、高分辨率的光谱仪。内容包括：基于表面等离子体共振（SPR）的生物传感器、基于光纤布拉格光栅（FBG）的应力/温度传感网络，以及利用腔增强技术（Cavity Enhanced Spectroscopy）实现痕量气体检测的极限灵敏度。 第九章：相干成像与全息重建 相干光具有相位信息，能够实现比强度成像更丰富的物体重建。本章详细介绍了数字全息显微技术（DHM）的理论基础，包括德拜散斑理论和傅里叶变换方法。随后，本章探讨了计算方法在全息重建中的应用，如相位恢复算法（如Gerchberg-Saxton算法）和计算照明技术，这些技术极大地拓宽了活体组织和动态过程的无标记、高分辨率成像能力。 总结与展望 全书最后一部分对当前光子技术的发展瓶颈（如器件的功耗、集成密度和制造良率）进行了总结，并展望了量子光子学、人工智能辅助光学设计（AI for Optics）等新兴交叉领域在未来光信息处理与传感技术中的巨大潜力。本书致力于为光学工程、电子工程、物理学以及计算机科学等相关专业的研究人员和高年级学生提供一本兼具深度和广度的专业参考书。

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