硅基光電子學

內(nèi)容概要

《硅基光電子學》是編者(周治平)在微納光電子領域多年研究和教學基礎上完成的。系統(tǒng)描述了硅基光電子學的基礎理論、器件原理、及應用前景。全書共10章。第1-3章講述了硅基光電子學的起源及所需的基本知識；第4
章介紹了硅基無源器件；第5-8章為硅基有源器件，包括光源、調(diào)制器、探測器、表面等離子體激元器件等；第9章介紹器件工藝和系統(tǒng)集成；第10章探討了硅基光電子學的應用。
《硅基光電子學》可作為高等院校電子學、光電子學、物理電子學、微電子與固體電子學、通信與信息系統(tǒng)、計算機技術等專業(yè)高年級本科生和研究生相關課程的教材。對于在相關領域內(nèi)工作的研究人員和工程技術人員，本書也是一本有用的參考書。

作者簡介

作者：（美國）周治平  周治平，北京大學信息科學技術學院教授，長江學者特聘教授，SPIE Fellow，IET Fellow，中國光學學會第六、第七屆理事會理事，IEEE中國武漢分會創(chuàng)會主席（2006—2008）。1993年獲美國喬治亞理工學院博士學位。長期從事微納光電子器件及其集成技術的研究和開發(fā)，在硅基光源、納米光柵、光電調(diào)制、光學傳感、光子晶體、表面等離子體器件及硅基集成技術等方面有獨創(chuàng)性成果。發(fā)表論文、特邀報告270余篇，參編書籍5部，擁有國際國內(nèi)專利15項。講授過現(xiàn)代電子通信、集成電路、光電子學、硅基光電子學等課程。

書籍目錄

第一章  緒論
  1.1  從微電子到光電子
  1.2  硅基光電子學的發(fā)展
  1.3  硅基光電子學的應用
  1.4  總結
  參考文獻
第二章  硅中光子與電子的相互作用
  2.1  波動光學與光子光學
  2.2  半導體能帶結構
  2.3  硅基光子晶體帶隙結構
  2.4  硅中光子與電子空穴的相互作用
  參考文獻
第三章  硅基光波導
  3.1  電磁理論基礎
  3.2  光波導基本理論
  3.3  波導耦合理論
  3.4  SOI光波導
  參考文獻
第四章  硅基無源器件
  4.1  光柵器件
  4.2  光子晶體平板波導
  4.3  多模干涉耦合器
  4.4陣列波導光柵
  4.5  微環(huán)諧振腔
  4.6  總結
  參考文獻
第五章  硅基光源
  5.1  光發(fā)射的基礎理論
  5.2  硅放大的限制
  5.3  硅基發(fā)光材料
  5.4  硅基發(fā)光二極管
  5.5  硅基激光器
  5.6  總結
  參考文獻
第六章  硅基光學調(diào)制
  6.1光學調(diào)制原理
  6.2  光學調(diào)制評價
  6.3  硅基電光調(diào)制
  6.4  硅基熱光調(diào)制
  6.5  硅基聲光調(diào)制
  參考文獻
第七章  硅基光電探測器
  7.1  光電探測器的基本原理
  7.2  光電探測器的特性和結構
  7.3  硅光電探測器
  7.4  鍺硅光電探測器
  7.5總結
  參考文獻
第八章  硅基表面等離子激元器件
  8.1  表面等離子激元概述
  8.2  表面等離子激元局域增強特性
  8.3  表面等離子體激元器件
  8.4  總結
  參考文獻
第九章  硅基光電子器件工藝與系統(tǒng)集成
  9.1  平面工藝
  9.2  薄膜制備
  9.3  光刻技術
  9.4  刻蝕技術
  9.5  系統(tǒng)集成
  9.6  總結
  參考文獻
第十章  硅基光電子學的應用
  10.1  光互連——集成高速硅基互連芯片
  10.2光通信——集成100Gbit/s相干傳輸芯片
  10.3  光傳感——集成光學傳感片上系統(tǒng)芯片
  10.4  太陽能電池
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   硅基光電子學為低成本、高容量的光電器件及系統(tǒng)的發(fā)展提供了理論和實驗基礎。如果被開發(fā)的產(chǎn)品性能達到商業(yè)化水平，硅就能像現(xiàn)在主導電子產(chǎn)業(yè)一樣主導包括光通信、光互連、光傳感和光能源在內(nèi)的更為廣泛的信息產(chǎn)業(yè)，硅基光電子學的應用可以通過以下例子略作說明。 1.通信與互連 隨著微處理器性能呈指數(shù)增長，超大規(guī)模集成電路技術日益逼近它的極限，計算機系統(tǒng)內(nèi)部通信速度和寬帶落后于處理器芯片運算速度的趨勢曰益擴大，銅互連將成為計算機系統(tǒng)整體性能提升的瓶頸。目前，光互連被公認是實現(xiàn)計算機間乃至芯片間高速通信的重要發(fā)展方向。但現(xiàn)在的半導體發(fā)光器件多用化合物材料制備，與硅微電子工藝不兼容。硅基光電子集成正是解決光互連的最佳途徑，除基于芯片間的互連外，硅基集成回路芯片還可以實現(xiàn)板與板之間的互連、機棧與機棧之間的互連、遠程主干網(wǎng)上光纖通信系統(tǒng)的互連等。對于通信領域來說，硅基光電子首先在遠距離傳輸中有很重要應用，分立器件的替換能夠節(jié)省數(shù)十億成本；其次，更多的有著更高集成度的器件與系統(tǒng)將在短距離通信領域得到應用。 2.非線性光學效應 現(xiàn)在在硅基光電子學的研究當中，一個重要的分支就是研究各種非線性光學效應來制造有源光學器件。由于硅和硅氧化物的折射率有很大差別，光可以比玻璃光纖或氧化硅波導更緊的限制在硅波導中。在硅基波導中光學模式尺寸比單模光纖模式小1000倍；更重要的是，很多光學非線性效應比在玻璃光纖中更強。比如，在硅中的拉曼增益系數(shù)要比在普通玻璃光纖中大上3—4個數(shù)量級。硅基非線性光學效應可以廣泛用來制作芯片級高度集成的主動光電器件，包括光放大器、激光、波長轉換器、超快開關、脈沖產(chǎn)生和慢光發(fā)生器。最近幾年，在這個領域取得了很大的進步和重大突破，特別是受激拉曼散射已經(jīng)成功地用于光放大器和激光中。 3.傳感 硅基微納米器件可用做檢測物理特性（如溫度、加速度、壓力等）的物理傳感器，可以利用微機電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical systems,MEMS)做加速度計，用熱敏效應做溫度傳感器。同時硅基光子器件也可以用作環(huán)境、水污染檢測的化學傳感器，利用波導倏逝波場與傳感物質(zhì)相互作用來進行傳感。集成光電子器件也可用于DNA序列乃至藥物發(fā)展和健康監(jiān)控，檢測抗原抗體，進行生化傳感檢測等。

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