高速光電子器件建模及光電集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)

前言

高速光電子器件建模和光電集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)是光纖通信和光網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，同時(shí)也是微電子、光電子和微波與電磁場(chǎng)技術(shù)的交叉學(xué)科，有許多科學(xué)技術(shù)問(wèn)題需要進(jìn)一步研究解決。本書(shū)作者高建軍教授在該領(lǐng)域從事研究近20年，具備系統(tǒng)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)，在國(guó)際著名期刊上發(fā)表了多篇科研論文，并具有豐富的文獻(xiàn)研究報(bào)告。《高速光電子器件建模及光電集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)》一書(shū)綜合了很多作者的研究成果，以及一些最新進(jìn)展。文中針對(duì)光電子器件的表征技術(shù)提出了一些新的研究方法和建議，討論了光電集成電路的設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)在探索新的分析思路方面進(jìn)行了很好的嘗試，形成了一套研究方法。該書(shū)注重介紹實(shí)用技術(shù)，可以幫助讀者了解這些研究方法建立的背景、實(shí)際工作中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，以掌握應(yīng)用的條件和使用的技巧。作者與德國(guó)、加拿大及新加坡等國(guó)家的科研機(jī)構(gòu)具有廣泛的國(guó)際合作和聯(lián)系，同時(shí)在IEEE（國(guó)際電子電器工程師協(xié)會(huì)）擔(dān)任多個(gè)期刊的編委和評(píng)審人.為撰寫(xiě)符合國(guó)際學(xué)術(shù)前沿發(fā)展的學(xué)術(shù)著作提供了基礎(chǔ)。這一學(xué)術(shù)專(zhuān)著對(duì)于從事光電子器件和集成電路設(shè)計(jì)的高等院校、研究院所的研究生、教師和科研人員，無(wú)疑是一本具有重要實(shí)用價(jià)值的參考書(shū)。為此我樂(lè)意為此書(shū)做序，并深切期望該書(shū)的出版能為光電子學(xué)領(lǐng)域理論研究和技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，為高速光電子學(xué)的開(kāi)拓和發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。

內(nèi)容概要

本書(shū)是作者在微波和光通信技術(shù)領(lǐng)域多年學(xué)習(xí)、工作、研究和教學(xué)過(guò)程中獲得的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。主要研究?jī)?nèi)容包括高速光電子器件的工作機(jī)理、建模技術(shù)和參數(shù)提取技術(shù)，以及光接收機(jī)和發(fā)射機(jī)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)。光電子器件小信號(hào)等效電路模型、大信號(hào)非線性等效電路模型和噪聲等效電路模型，以及等效電路模型的參數(shù)提取技術(shù)是本書(shū)的重點(diǎn)。    本書(shū)可以作為光電子專(zhuān)業(yè)、微波專(zhuān)業(yè)和電路與系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)的高年級(jí)本科生和研究生教材，也可以供從事集成電路設(shè)計(jì)的科研人員參考。

書(shū)籍目錄

第一章  緒論  1．1 光纖通信系統(tǒng)的組成  1．2 光電集成電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)  1．3 本書(shū)的目標(biāo)和結(jié)構(gòu)  參考文獻(xiàn)第二章  半導(dǎo)體激光器工作原理和表征技術(shù)  2．1 半導(dǎo)體激光器發(fā)光機(jī)理    2．1．1 原子能級(jí)    2．1．2 光子輻射    2．1．3 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)    2．1．4 光增益  2．2 半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)和類(lèi)型    2．2．1 法布里-珀羅激光器    2．2．2 量子阱激光器    2．2．3 分布反饋激光器    2．2．4 垂直腔面發(fā)射激光器    2．2．5 增益導(dǎo)引激光器和折射率導(dǎo)引激光器  2．3 半導(dǎo)體激光器表征技術(shù)    2．3．1 速率方程    2．3．2 小信號(hào)強(qiáng)度調(diào)制特性    2．3．3 小信號(hào)頻率調(diào)制特性    2．3．4 噪聲特性    2．3．5 大信號(hào)特性    2．3．6 溫度特性  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第三章  高速半導(dǎo)體激光器建模技術(shù)  3．1 異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器建模技術(shù)    3．1．1 大信號(hào)模型    3．1．2 小信號(hào)模型    3．1．3 噪聲模型  3．2 量子阱激光器建模技術(shù)    3．2．1 大信號(hào)模型    3．2．2 小信號(hào)模型  3．3 半導(dǎo)體激光器模型參數(shù)提取技術(shù)    3．3．1 直接提取技術(shù)    3．3．2 半分析提取技術(shù)  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第四章  高速半導(dǎo)體光電探測(cè)器建模技術(shù)  4．1 光電探測(cè)器的基本工作原理  4．2 光電探測(cè)器的基本特性    4．2．1 響應(yīng)度    4．2．2 量子效率    4．2．3 吸收系數(shù)    4．2．4 暗電流和擊穿電壓    4．2．5 上升時(shí)間和帶寬    4．2．6 噪聲  4．3 光電探測(cè)器建模技術(shù)    4．3．1 PIN光電探測(cè)器等效電路模型    4．3．2 雪崩光電探測(cè)器等效電路模型    4．3．3 金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測(cè)器等效電路模型  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第五章  高速半導(dǎo)體晶體管建模技術(shù)  5．1 微波射頻半導(dǎo)體晶體管  5．2 GaAs MESFET／HEMT建模技術(shù)    5．2．1 小信號(hào)等效電路模型    5．2．2 大信號(hào)等效電路模型    5．2．3 噪聲等效電路模型    5．2．4 模型參數(shù)提取技術(shù)  5．3 GaAs／InP HBT建模技術(shù)    5．3．1 大信號(hào)等效電路模型    5．3．2 小信號(hào)等效電路模型    5．3．3 噪聲等效電路模型    5．3．4 模型參數(shù)提取技術(shù)  5．4 SiGe HBT建模技術(shù)  5．5 MOSFET建模技術(shù)    5．5．1 小信號(hào)等效電路模型    5．5．2 大信號(hào)等效電路模型    5．5．3 噪聲等效電路模型    5．5．4 模型參數(shù)提取技術(shù)  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第六章  光發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)技術(shù)  6．1 光發(fā)射機(jī)基本工作原理  6．2 光發(fā)射機(jī)的集成方式    6．2．1 單片集成光發(fā)射機(jī)    6．2．2 混合集成光發(fā)射機(jī)  6．3 直接調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)  6．4 外調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)    6．4．1 MESFET／HEMT基外驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)    6．4．2 BJT／HBT基外驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)    6．4．3 MOSFET基外驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)  6．5 分布式驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)  6．6 驅(qū)動(dòng)電路電感電容峰化技術(shù)    6．6．1 驅(qū)動(dòng)電路電感峰化技術(shù)    6．6．2 驅(qū)動(dòng)電路電容峰化技術(shù)    6．6．3 10 Gb／s調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)  本章小結(jié)  參考文獻(xiàn)第七章  高速光接收機(jī)前端電路設(shè)計(jì)技術(shù)  7．1 光接收機(jī)的基本指標(biāo)    7．1．1 信噪比    7．1．2 誤碼率    7．1．3 靈敏度    7．1．4 眼圖    7．1．5 信號(hào)帶寬    7．1．6 噪聲帶寬    7．1．7 動(dòng)態(tài)范圍  7．2 光接收機(jī)前端的電路結(jié)構(gòu)    7．2．1 常用的光接收機(jī)前端電路形式    7．2．2 高阻型前置放大器    7．2．3 跨阻型前置放大器    7．2．4 高阻型和跨阻型前置放大器的比較  7．3 前置放大器的性能指標(biāo)    7．3．1 二口網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)    7．3．2 二口網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)    7．3．3 跨阻增益和s參數(shù)之間的關(guān)系    7．3．4 1等效輸入噪聲電流譜密度和噪聲系數(shù)之間的關(guān)系  7．4 高速前置放大器設(shè)計(jì)    7．4．1 基于BJT的前置放大器設(shè)計(jì)    7．4．2 基于HBT的前置放大器設(shè)計(jì)    7．4．3 基于MESFET／HEMT的前置放大器設(shè)計(jì)    7．4．4 基于MOsFET的前置放大器設(shè)計(jì)    7．4．5 分布式前置放大器設(shè)計(jì)  7．5 接收電路電感電容峰化技術(shù)    7．5．1 接收電路電感峰化技術(shù)    7．5．2 接收電路電容峰化技術(shù)  7．6 光電探測(cè)器和前置放大器之間匹配電路設(shè)計(jì)    7．6．1 電感窄帶調(diào)諧技術(shù)    7．6．2 寬帶匹配技術(shù)本章小結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：如何將光的放大轉(zhuǎn)為光的振蕩形成激光輸出，在實(shí)踐中需要基于反饋的原理，把放大了的光子反饋一部分回來(lái)進(jìn)一步放大，使其產(chǎn)生振蕩。同時(shí)借用光波十涉儀的技術(shù)，即在激活區(qū)域的兩端放置兩個(gè)面對(duì)面的反射鏡用于光反饋（Optical Feedback），具體結(jié)構(gòu)如圖2.8所示。兩個(gè)光子——一個(gè)是原始的光子和一個(gè)受激的光子被反射回來(lái)，重新進(jìn)入激活層，這兩個(gè)光子又作為外來(lái)光子，然后激發(fā)出另外兩個(gè)新的光子。這四個(gè)光子又由另外一端的反射鏡反射回來(lái)，激發(fā)出共八個(gè)光子，如此反復(fù)，就這樣用兩面鏡子實(shí)現(xiàn)了光的正反饋。其中一面鏡子要求具有100％的反射率，另外一面要求具有95％的反射率，即允許部分光透射。受激輻射具有以下四個(gè)特點(diǎn)：（1）單色性。受激輻射獲得的光子和外界光子頻率完全一致，這個(gè)特性保證輻射光的光譜寬度很窄（對(duì)于長(zhǎng)波長(zhǎng)激光二極管的線寬通常在一納米以下）。（2）高輸出光強(qiáng)度。所有光子的傳播方向都是一樣的，并且均為輸出光功率作出貢獻(xiàn)，因此激光二極管的光電轉(zhuǎn)換效率和輸出功率都很高，其光電轉(zhuǎn)換效率通常為發(fā)光二極管的10倍以上。（3）定向性好。所有受激光子的發(fā)射方向都與激發(fā)它們的光子相同，因此輸出光波具有很好的定向性。（4）相干性。僅當(dāng)外界光子激發(fā)時(shí)，受激光子才會(huì)輻射，這兩種光子被稱(chēng)為同步的和同相的，因此受激輻射具有相干性。這個(gè)特性對(duì)于信號(hào)的檢測(cè)和傳輸非常重要。

編輯推薦

《高速光電子器件建模及光電集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)》為高等教育出版社出版。

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