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内容介绍

《集成光学器件导论》是关于集成光学器件理论的学术专著，全面、系统、深入地阐述了集成光学器件的理论与技术。《集成光学器件导论》内容不仅对集成光学器件的原理和结构进行了分析，还在仿真、材料、制作和应用等方面进行了一系列的介绍和研究。 《集成光学器件导论》共分为10章，其中包括集成光波导理论、集成电光调制器、LiNbO3电光调制器电极静态分析、光开关、集成光波导放大器、集成光波导电场传感器、有机聚合物光学器件、集成光学器件的应用、光束传输法和LiNbO3集成光学器件的制作技术等。 《集成光学器件导论》适合于从事集成光学、光纤通信、激光技术和光信息处理的科技人员及高等院校相关专业的教师、研究生和高年级本科生作为教材或参考书。

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精彩书摘

2.S型弯曲波导热光聚合物VOA 这种可调光衰减器是基于弯曲波导辐射损耗原理，结构如图7.29所示。这种结构的VOA具有功耗低、插入损耗小、串扰低、偏振无关、可达到的衰减大和易于集成等优点。2002年，SeanM.等人根据弯曲波导辐射损耗原理，研制出弯曲波导热光型VOA，通过5mill长的电极作用区，可实现大于40dB的衰减。根据弯曲波导理论，沟道波导弯曲区域的切面上的折射率不是成阶跃型，而可以等效为向外倾斜的斜线，如图7-29所示，当Y增大时，包层的折射率不断增加，甚至比核芯区的更大，电磁场分布也会向折射率增大的方向平移，即偏向Y的正方向，所以产生辐射损耗。 基于弯曲波导辐射损耗原理，利用聚合物材料，通过采用s弯曲波导的热光型VOA结构，如图7-29所示，对波导形状、电极位置的优化设计，实现更小的插入损耗，更低的串扰，并且更易于集成。器件包括一条表面垂直覆盖电极加热器的s形沟道波导。电极未加电时，光通过弯曲波导的损耗非常小。当电极作用时，在波导的垂直方向产生温度梯度，形成相应的折射率梯度，同时由于弯曲波导辐射损耗理论，水平方向上的光线也会发生泄漏。垂直和水平方向两者共同作用的结果使芯区的模式限制减弱，导致光在水平和垂直方向上的同时损耗，实现了VOA的功能。 3.Y分支结构的热光聚合物VOA 这种聚合物VOA由线性Y分支波导和一个光能量分支端口组成，图7-30显示了其结构。对于非对称的分支波导，上臂远远宽于下臂，上臂连接直行波导作为主输出口，而另一个光能量分支端口连接一个弯曲波导，其作用是分出一部分光能量用于监控输出。Y分支中，窄的下臂连接一个S形弯曲波导，是为了增大两分支波导之间的距离。器件工作是基于耦合模原理：当电极没有工作时，输入的光能量大部分耦合入宽的上臂，因此，器件此时衰减量最小；当电极工作时，引起聚合物的热光效应，宽的上臂的有效折射率减小，输入的光能量就逐渐耦合入窄的下臂波导中。通过电能量可以控制光能量的输出，剩余的光能量在S形波导中被衰减，不会耦合到器件的其他部分。监控端口可以直接测量衰减器的输出光能量。而且可以把衰减信息反馈到电极的驱动源里，来保持输出光能量。 ……

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前言 第1章集成光波导理论 1.1 平面光波导的射线理论 1.1.1 反射截面的相移系数 1.1.2 平面介质波导中的传输模式 1.1.3 波导损耗 1.2 平面波导传输模式的电磁场分析 1.2.1 TE波 1.2.2 导模携带的功率 1.3 三维波导传输模式的理论分析 1.3.1 马克帝里（Marcatili）近似法 1.3.2 有效折射率法 1.4 两种三维波导的理论分析 1.4.1 指数型折射率光波导的导模 1.4.2 抛物型波导的折射率 1.5 波导耦合理论 参考文献 第2章集成电光调制器 2.1 集成电光调制器的理论基础 2.1.1 LiNbO3晶体的电光效应 2.1.2 相位调制 2.1.3 强度调制 2.2 集成电光调制器的基本参数 2.3 脊形电极结构的有限元法分析 2.3.1 全波分析方法 2.3.2 准TEM分析 2.3.3 数值分析结果 2.4 集成电光调制器的性能优化 2.4.1 集成电光调制器的仿真结构 2.4.2 中心电极宽度的优化 2.4.3 电极间距的优化 2.4.4 电极高度的优化 2.4.5 脊形光波导高度的优化 2.4.6 缓冲层厚度的优化 2.4.7 脊形集成电光调制器的优化结果 参考文献 第3章 LiNbO3电光调制器电极静态分析 3.1 普通共面波导电光调制器的分析与设计 3.1.1 特征参量 3.1.2 施瓦兹变换 3.1.3 部分电容法 3.1.4 分布电容的计算过程 3.1.5 共面波导的导体损耗 3.1.6 计算结果及分析 3.2 梯形电极共面波导调制器的分析 3.2.1 分布电容的计算过程 3.2.2 梯形电极结构的导体损耗 3.2.3 计算结果及分析 3.3 脊形结构共面波导调制器的分析 3.3.1 脊形结构横截面的简化图形 3.3.2 分布电容的计算过程 3.3.3 脊形结构的导体损耗 3.3.4 计算结果及分析 3.4 结果分析 3.5 有限元法计算电场分布 参考文献 第4章光开关 4.1 光开关概述 4.1.1 光开关的应用 4.1.2 光开关的分类 4.1.3 光开关的主要性能参数 4.2 电光效应光开关 4.2.1 定向耦合器型光开关 4.2.2 干涉型光开关 4.2.3 Y分支型光开关 4.2.4 SOI波导光开关 4.2.5 BOA型光开关 4.3 热光效应光开关 4.3.1 M-Z干涉型热光开关 4.3.2 数字型光开关 4.3.3 Y结和X结数字型光开关 4.4 磁光效应光开关 4.5 声光效应光开关 4.6 其他类型光开关 4.6.1 机械式光开关 4.6.2 微电子机械系统／微光机电系统开关 4.6.3 液晶光开关 4.6.4 气泡光开关 4.6.5 全息光开关 4.6.6 液体光栅开关 4.6.7 半导体多量子阱超快光开关 4.6.8 半导体光放大器门控光开关 参考文献 第5章光波导放大器 5.1 光放大器概述 5.1.1 半导体光放大器 5.1.2 使用非线性效应的放大器 5.1.3 掺稀土光纤放大器 5.1.4 集成光波导放大器 5.1.5 最近的发展 5.2 稀土材料 5.2.1 稀土材料的发光属性 5.2.2 稀土掺杂材料的属性 5.2.3 泵浦机制 5.3 基底材料及其制备 5.3.1 红外波段的材料 5.3.2 可见光材料 5.3.3 制作技术 5.4 掺稀土光波导放大器 5.4.1 掺铒氧化铝的粒子数密度 5.4.2 放大器设计^ 5.4.3 增益计算 5.4.4 光波导放大器的制作工艺 5.4.5 新型结构的光波导放大器 参考文献 第6章集成光波导电场传感器及其系统 6.1 集成光波导电场传感器 6.1.1 理论基础 6.1.2 基本结构 6.1.3 基本参数 6.1.4 基本模型 6.2 集成光波导电场传感系统 6.2.1 基本结构和原理 6.2.2 参数描述 6.3 分段电极电场传感器及其系统 6.3.1 分段电极电场传感器的原理与结构 6.3.2 分段电极电场传感器的静电场分析 6.3.3 分段电极电场传感器的动态模型 6.3.4 分段电极电场传感器构成的传感系统 6.3.5 分段电极电场传感系统的测试 6.4 全向电场传感系统的原理与结构 6.4.1 传统全向天线的原理 6.4.2 新型全向电场传感系统的结构 参考文献 第7章有机聚合物光学器件 7.1 光学有机聚合物概述 7.2 有机聚合物材料 7.2.1 集成电光波导器件对材料的基本要求 7.2.2 光通信波段聚合物光波导材料分子的特点 7.2.3 聚合物材料的进展 7.3 有机聚合物材料的制备 7.3.1 有机聚合物的合成 7.3.2 薄膜的制备 7.4 有机聚合物波导的制作 7.4.1 光刻 7.4.2 干法刻蚀 7.5 有机聚合物集成光学器件 7.5.1 有机聚合物电光调制器 7.5.2 有机聚合物可调光衰减器 7.5.3 有机聚合物光开关 参考文献 第8章集成光学器件的应用 8.1 集成光学模数转换器 8.1.1 模数转换器（A／D转换器） 8.1.2 数模转换器（D／A转换器） 8.2 集成光学卷积器和相关器 8.2.1 卷积器 8.2.2 相关器 8.3 集成光学频谱分析仪 8.4 集成逻辑光路 8.5 光纤陀螺的基本原理与结构 8.5.1 干涉式光纤陀螺（I-FOG）原理 8.5.2 光纤陀螺的基本结构 8.5.3 光纤陀螺用Y分支调制器设计 8.5.4 Y分支调制器的设计版图 8.6 集成光波导气体传感器 8.6.1 气体传感器的基本原理 8.6.2 波导模式的有效折射率法和传输线理论分析 8.6.3 气敏有机材料的结构与合成 8.6.4 实验结果 参考文献 第9章光束传输法 9.1 电磁场基本方程 9.1.1 麦克斯韦方程组 9.1.2 二维光波导的TE模方程 9.1.3 二维光波导的TM模方程 9.1.4 矢量和半矢量波动方程 9.2 二维标量FDBPM的基本原理 9.2.1 TE模FDBPM格式 9.2.2 TM模FDBPM格式 9.2.3 二维标量FDBPM格式的稳定性分析 9.2.4 透明边界条件与方程求解 9.3 三维FDBPM的基本原理 9.3.1 三维标量FDBPM的基本格式 9.3.2 三维半矢量FDBPM的基本格式 9.3.3 三维矢量FDBPM的基本格式 9.4 FDBPM仿真光波导举例 9.4.1 Y分支波导的仿真 9.4.2 M.z型调制器的仿真 9.4.3 电光开关的仿真 9.4.4 三维Y分支波导的仿真 9.5 商用光波导仿真软件 参考文献 第10章 LiNbO3集成光学器件的制作技术 10.1 集成光学调制器的制作工艺 10.1.1 光刻过程 10.1.2 光波导的质子交换制作 10.1.3 薄膜沉积技术 10.1.4 刻蚀技术 10.1.5 基片的研磨与耦合封装 10.2 退火质子交换技术 10.2.1 光波导质子交换和Ti扩散技术的比较 10.2.2 质子交换技术 10.2.3 退火技术 10.3 Ti扩散技术 10.3.1 Ti扩散LiNbO3波导物理机理分析 10.3.2 Ti扩散LiNbO3波导工艺及原理 10.3.3 Ti扩散IANbO3折射率分布与浓度的关系 10.3.4 Ti扩散模式控制与模斑控制 10.4 离子交换技术 参考文献 附录 附录A FDBPM仿真算法流程图 附录B 二维有限差分光束传输法Matlab源程序 附录C 二维Y分支光波导有限差分光束传输法Matlab源程序 附录D 二维电光开关有限差分光束传输法Matlab源程序 附录E 二维M-Z电光调制器有限差分光束传输法Matlab源程序 附录F 求解二维光波导有效折射率的Matlab源程序

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