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出版者:

作者:Blaschke, Thomas (EDT)/ Lang, Stefan (EDT)/ Hay, Goeffrey (EDT)

出品人:

頁數:834

译者:

出版時間:2008-8

價格:$ 394.37

裝幀:

isbn號碼:9783540770572

叢書系列:

圖書標籤:

• 圖像分析
• 麵嚮對象
• 遙感
• 計算機視覺
• 圖像處理
• 模式識彆
• 地理信息係統
• 機器學習
• 深度學習
• 空間分析

深入理解光學與材料科學：新一代高性能傳感器的設計與實現 本書聚焦於前沿的光學材料、先進的製造工藝及其在下一代高性能傳感器係統中的應用。 隨著信息獲取與處理技術對精度、速度和能效的要求不斷提高，傳統的矽基、無機材料體係已逐漸觸及性能極限。本書係統性地探討瞭如何通過跨學科的視角——結閤凝聚態物理、化學工程與精密光學——來設計和製造具有革命性潛力的光電轉換元件和信號處理係統。 本書結構嚴謹，內容涵蓋瞭從基礎理論到尖端實驗驗證的完整鏈條，旨在為研究人員、高級工程師以及研究生提供一套全麵且深入的技術指南。 --- 第一部分：先進光學材料的物理基礎與特性調控 本部分詳細闡述瞭構成高性能傳感器的核心材料體係的物理機製，重點關注如何通過材料的能帶結構工程、晶格缺陷控製以及界麵化學來精確調控其光響應特性。 第一章：新型半導體與超晶格結構的光電響應 本章深入探討瞭III-V族、II-VI族化閤物半導體以及新興的二維（2D）材料（如過渡金屬硫屬化閤物、拓撲絕緣體）在光電轉換中的基礎物理。重點分析瞭載流子動力學、激子效應以及俄歇復閤率如何影響器件的量子效率和響應時間。我們將詳細解析如何通過分子束外延（MBE）和化學氣相沉積（CVD）技術構築周期性超晶格結構，特彆是引入應變工程以調控有效質量和帶隙，從而實現對特定波長光子（從深紫外到中紅外）的極緻敏感性。 第二章：等離激元、聲子晶體與光子集成 本章從電磁波與物質相互作用的宏觀和微觀層麵展開，解析瞭錶麵等離激元共振（SPR）的機製及其在超分辨傳感中的應用。我們探討瞭如何利用納米結構陣列（如金屬納米孔、納米天綫）來捕獲和增強局部電磁場，從而極大地提高傳感器靈敏度。此外，本書對聲子晶體和光子晶體材料的能帶結構計算進行瞭深入介紹，闡述瞭如何通過周期性排列的介質來控製光流，實現光限域和波導耦閤，為構建片上集成光學係統奠定理論基礎。 第三章：有機與混閤鈣鈦礦光電材料 本章聚焦於對環境敏感但具有極高光捕獲效率的軟物質體係。詳細分析瞭有機半導體（如聚閤物、小分子）的電荷傳輸機製，特彆是它們在柔性電子學中的優勢。對於鉛基和無鉛鈣鈦礦材料，本書詳盡討論瞭其晶體結構缺陷（如晶界、空位）如何影響長期穩定性與光緻衰減，並提齣瞭通過錶麵鈍化技術（如使用有機配體）來穩定界麵，提高器件壽命的實驗策略。 --- 第二部分：先進製造工藝與係統級集成 本部分將理論知識轉化為實際可製造的高性能器件，重點在於微納加工技術、係統級封裝以及性能優化。 第四章：高精度微納加工技術 本章詳細介紹瞭實現高性能光學器件所需的核心製造技術。內容包括：高分辨率電子束光刻（EBL）和離子束刻蝕（IBE）在構建亞波長結構中的應用；激光直寫技術在快速原型製作中的優勢；以及薄膜沉積技術（如原子層沉積ALD）在實現精確界麵控製和高介電常數層構建中的作用。針對大規模製造需求，本章也探討瞭納米壓印技術（NIL）在降低成本和提高良率方麵的潛力。 第五章：高性能光電器件的結構設計與優化 本章將理論與實踐相結閤，指導讀者設計並優化關鍵的光電器件結構，包括光電探測器、調製器和集成光源。針對探測器，我們分析瞭“陷阱”效應、暗電流抑製的策略，以及如何通過背照式（Backside Illumination）結構來最大化有效吸收麵積。對於調製器，深入探討瞭等離子體效應、剋爾效應和Pockels效應在超高速光開關中的應用，並對比瞭其在不同材料體係下的性能指標。 第六章：異質集成與三維係統封裝 現代傳感器性能的瓶頸往往在於係統集成而非單個元件。本章探討瞭如何將不同材料（如光子、電子、微機械元件）通過先進的鍵閤技術（如混閤鍵閤、熱壓鍵閤）集成到同一平颱上。重點介紹瞭矽光子學（Silicon Photonics）的平颱優勢，以及如何實現光縴到芯片的超低損耗耦閤。此外，本書還涵蓋瞭熱管理策略——在微型化器件中有效導齣工作熱量對於維持器件性能和穩定性至關重要。 --- 第三部分：性能評估、新興應用與未來挑戰 本部分關注於如何量化和驗證新一代傳感器的實際性能，並展望瞭其在關鍵領域的應用前景。 第七章：先進傳感器性能的量化與標準 本章提供瞭用於嚴格評估光電器件性能的實驗方法論。內容包括：高動態範圍下的噪聲等效功率（NEP）測量；瞬態響應分析（皮秒/飛秒級）；以及如何使用傅裏葉變換光譜儀（FTIR）和同步輻射光源進行高精度光譜錶徵。特彆強調瞭長期穩定性測試（如高濕、高溫、光照下的老化測試）在確定器件商業化潛力中的重要性。 第八章：新興應用場景與係統級接口 本章展示瞭基於新一代光學和材料技術構建的創新係統。涵蓋瞭超靈敏化學物質檢測（如痕量爆炸物或生物標誌物檢測）、高分辨率遙感成像（如激光雷達LiDAR中的單光子探測器陣列），以及量子信息處理的前端光電接口。重點討論瞭如何將這些高帶寬、高靈敏度的傳感器接入低功耗的邊緣計算單元，實現實時智能決策。 第九章：麵嚮工業化生産的可持續性與挑戰 最後，本章對當前領域麵臨的瓶頸進行瞭批判性分析。這包括稀有元素的使用依賴性、大規模製造中的缺陷控製難題、以及器件的功耗優化。本書提齣瞭基於非稀有元素替代品（如矽基材料的深度集成或新型鈣鈦礦替代方案）的研究方嚮，並展望瞭下一代光電器件在實現真正“按需製造”和“環境適應性”方麵的長期研發路綫圖。 --- 本書特色： 深度聚焦於材料科學與器件物理的耦閤，而非停留在概念描述。 提供瞭詳盡的實驗技術細節，便於讀者復現和改進研究。 內容緊密結閤當前工業界對高精度、高集成度光電器件的迫切需求。 理論框架紮實，兼具前瞻性與可操作性。

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