Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Wilmsen, Carl W. (EDT)/ Temkin, Henryk (EDT)/ Coldren, Larry A. (EDT)

出品人:

页数:474

译者:

出版时间:1999-7

价格:$ 237.30

装帧:

isbn号码:9780521590228

丛书系列:

图书标签:

• VCSEL
• 半导体激光器
• 光电子器件
• 激光技术
• 微电子学
• 光学
• 集成光学
• 薄膜技术
• 材料科学
• 发光二极管

光子学前沿：下一代集成光学器件的基石 图书名称：光子学前沿：下一代集成光学器件的基石 作者： [此处可填入想象中的作者姓名，例如：张伟，李明] 出版社： [此处可填入想象中的出版社名称，例如：科学技术出版社] 预计页数： 约 650 页 内容提要： 本书深入探讨了现代光子集成电路（PIC）领域的核心技术与未来趋势，聚焦于构建高性能、高密度光电子系统的关键挑战与创新解决方案。它并非仅仅关注单一器件的原理，而是着眼于整个系统层级的集成、性能优化与制造工艺的突破。全书结构严谨，内容涵盖了从基础的光学材料科学到复杂的系统级封装技术，旨在为光电子工程师、材料科学家以及从事高速通信和传感技术研究的专业人士提供一份全面且实用的参考指南。 第一部分：光子集成技术的基础与材料科学 本部分奠定了理解现代光子集成器件所需的光学和材料学基础。 第一章：光子集成电路的演进与系统需求 详细分析了从离散光学元件到大规模集成光路的发展历程。重点阐述了当前光通信（如 400G/800G 及以上速率）、数据中心互连、以及量子计算对光子芯片提出的严苛要求，例如更低的功耗、更高的调制带宽和更小的芯片面积。讨论了光电混合集成（EOI）与全光集成（POI）的各自优势与局限性。 第二章：关键半导体材料的特性与筛选 深入比较了用于光子集成的三大类主流材料体系： 1. III-V 族半导体（如 InP、GaAs）： 侧重于其在有源器件（如激光器、调制器和探测器）中的不可替代性，讨论了异质结的精确控制、载流子动力学以及如何通过外延技术实现高品质晶圆的生长。 2. 硅基光子学 (Silicon Photonics, SiPh)： 详尽剖析了 SOI（绝缘体上硅）平台的技术成熟度、CMOS 兼容性以及在无源器件（波导、分束器、耦合器）制造中的优势。着重讨论了硅材料的固有缺陷，尤其是对光吸收和色散的控制。 3. 新兴材料： 探讨了氮化硅（SiN）、铌酸锂（LN）和石墨烯在特定应用场景下的潜力，例如低损耗传输和电光调制。 第三章：集成光波导的设计与制造 系统阐述了光在集成平台上传输的物理基础。内容包括： 波导结构设计： 介绍脊型、槽型、包层波导的模式理论，以及如何利用有限元法（FEM）和时域有限差分法（FDTD）优化模场分布和传输损耗。 损耗机制分析： 详细分解了由材料吸收、散射、弯曲辐射和耦合损耗导致的整体系统损耗预算，并提出了降低散射损耗的先进表面处理技术。 光子晶体波导（PhC）： 作为一种实现超紧凑光路的关键技术，深入分析了光子带隙理论及其在小型化滤波器和耦合器中的应用。 第二部分：有源与无源集成器件的深度解析 本部分聚焦于光子芯片上的功能单元，如何实现光信号的产生、操纵和检测。 第四章：高速光电调制技术 详细分析了在硅基和 InP 平台上实现高速调制的物理机制： 载流子效应调制器： 探讨了马赫-曾德尔调制器（MZM）的结构优化、电光系数的提升以及如何在超高带宽下抑制载波引起的非线性失真。 等离子体色散效应与载流子注入： 针对片上吸收调制，分析了如何平衡调制效率与插入损耗。 新型调制架构： 介绍了基于光子积分腔（PIC）的环形谐振器调制器（RRM）的工作原理，及其在实现高能效（$V_{pi}L$ 乘积优化）方面的突破。 第五章：高速光电探测器集成 探讨了将高灵敏度光电探测器与集成电路连接的关键技术： 材料异质集成： 重点讲解了如何在硅衬底上可靠地集成 III-V 族吸收层（如 InGaAs）以实现高效光电转换。讨论了键合技术（如晶圆键合、范德华力键合）的精度控制。 探测器拓扑结构： 比较了 PIN 结构、雪崩光电二极管（APD）以及更适用于数据中心的雪崩增益探测器在频率响应和噪声特性上的差异。 第六章：集成滤波、复用与解复用技术 本章系统梳理了实现波分复用（WDM）和频道选择的关键器件： 微环谐振器（MRR）： 作为构建可调谐滤波器阵列的核心单元，详细分析了其品质因数（Q 值）对通道间隔和串扰的影响。讨论了实现快速、低能耗调谐的技术（如热光调谐、载流子调谐）。 布拉格光栅（FBG）与耦合器阵列： 阐述了分布式反馈（DFB）结构在多通道选择中的应用，以及如何通过相位掩模技术精确控制耦合效率。 第三部分：系统集成、封装与可靠性 光子芯片的性能最终受限于其与外部世界的连接方式及长期运行的稳定性。 第七章：高性能光电耦合技术 这是实现系统级低损耗互连的瓶颈所在： 片上-片外耦合： 详尽分析了光纤到芯片（Fiber-to-Chip）耦合的挑战，包括微光准直、侧耦合（Edge Coupler）和顶耦合（Grating Coupler）的结构设计与优化。重点探讨了如何通过先进的刻蚀工艺实现耦合器的低损耗和高重复性。 片上-片上/片上-电学封装： 探讨了如何将光子芯片与高速电芯片（如 CMOS 驱动器/跨阻放大器）进行紧密集成，包括倒装焊（Flip-Chip Bonding）和微凸点技术在热管理和信号完整性方面的考量。 第八章：热管理与长期可靠性 激光器和调制器产生的热量是限制光子芯片集成度的主要因素。 热阻建模与优化： 介绍如何建立精确的有限元模型来预测芯片内部热点，并设计高效的热耗散路径，包括散热导轨、热沉材料的选择及热界面材料（TIM）的应用。 可靠性评估： 分析了光子器件在长期工作状态下可能出现的退化机制，如光致致盲（Photobleaching）、界面迁移和封装应力导致的器件参数漂移。讨论了加速老化测试和失效预测模型。 第九章：先进制造工艺与良率控制 本书的最后一部分关注如何将实验室成果转化为可大规模生产的产品： 先进光刻技术： 探讨了深紫外（DUV）光刻和电子束（E-beam）光刻在光子器件精密结构制造中的应用，以及光刻胶工艺对器件性能的敏感性。 集成工艺流的标准化： 讨论了如何建立兼容性强的制造平台（如通用的硅光子代工服务），实现不同功能模块（如 III-V 有源与 Si 无源）的共晶圆或异质键合制造。 在线测试与器件级校准： 介绍了自动化光学测试平台（AOT）在快速筛选和参数校准中的作用，如何通过反馈控制实现对波长、功率和相位精度的闭环管理，以提高最终产品的良率。 目标读者： 光电子学、集成电路设计、物理学、材料科学以及相关领域的研究人员、博士生、以及在电信、数据通信、消费电子和激光雷达（LiDAR）行业工作的工程师。 本书特色： 本书以系统集成思维为指导，避免了对单一器件（如 VCSELs）的片面聚焦，而是从多尺度、多材料的集成角度，提供了光子芯片从基础物理到实际封装的完整技术路线图。内容前沿且深入，结合了最新的学术进展和工业界成熟的制造经验。

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