硅基光電子學(xué)

內(nèi)容概要

《硅基光電子學(xué)》是編者(周治平)在微納光電子領(lǐng)域多年研究和教學(xué)基礎(chǔ)上完成的。系統(tǒng)描述了硅基光電子學(xué)的基礎(chǔ)理論、器件原理、及應(yīng)用前景。全書共10章。第1-3章講述了硅基光電子學(xué)的起源及所需的基本知識(shí)；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(cè)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(xué)的應(yīng)用。
《硅基光電子學(xué)》可作為高等院校電子學(xué)、光電子學(xué)、物理電子學(xué)、微電子與固體電子學(xué)、通信與信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生相關(guān)課程的教材。對(duì)于在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)工作的研究人員和工程技術(shù)人員，本書也是一本有用的參考書。

作者簡(jiǎn)介

作者：（美國）周治平  周治平，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授，長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，SPIE Fellow，IET Fellow，中國光學(xué)學(xué)會(huì)第六、第七屆理事會(huì)理事，IEEE中國武漢分會(huì)創(chuàng)會(huì)主席（2006—2008）。1993年獲美國喬治亞理工學(xué)院博士學(xué)位。長(zhǎng)期從事微納光電子器件及其集成技術(shù)的研究和開發(fā)，在硅基光源、納米光柵、光電調(diào)制、光學(xué)傳感、光子晶體、表面等離子體器件及硅基集成技術(shù)等方面有獨(dú)創(chuàng)性成果。發(fā)表論文、特邀報(bào)告270余篇，參編書籍5部，擁有國際國內(nèi)專利15項(xiàng)。講授過現(xiàn)代電子通信、集成電路、光電子學(xué)、硅基光電子學(xué)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(xué)的發(fā)展
  1.3  硅基光電子學(xué)的應(yīng)用
  1.4  總結(jié)
  參考文獻(xiàn)
第二章  硅中光子與電子的相互作用
  2.1  波動(dòng)光學(xué)與光子光學(xué)
  2.2  半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)
  2.3  硅基光子晶體帶隙結(jié)構(gòu)
  2.4  硅中光子與電子空穴的相互作用
  參考文獻(xiàn)
第三章  硅基光波導(dǎo)
  3.1  電磁理論基礎(chǔ)
  3.2  光波導(dǎo)基本理論
  3.3  波導(dǎo)耦合理論
  3.4  SOI光波導(dǎo)
  參考文獻(xiàn)
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(dǎo)
  4.3  多模干涉耦合器
  4.4陣列波導(dǎo)光柵
  4.5  微環(huán)諧振腔
  4.6  總結(jié)
  參考文獻(xiàn)
第五章  硅基光源
  5.1  光發(fā)射的基礎(chǔ)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(jié)
  參考文獻(xiàn)
第六章  硅基光學(xué)調(diào)制
  6.1光學(xué)調(diào)制原理
  6.2  光學(xué)調(diào)制評(píng)價(jià)
  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(xiàn)
第七章  硅基光電探測(cè)器
  7.1  光電探測(cè)器的基本原理
  7.2  光電探測(cè)器的特性和結(jié)構(gòu)
  7.3  硅光電探測(cè)器
  7.4  鍺硅光電探測(cè)器
  7.5總結(jié)
  參考文獻(xiàn)
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(qiáng)特性
  8.3  表面等離子體激元器件
  8.4  總結(jié)
  參考文獻(xiàn)
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(shù)
  9.4  刻蝕技術(shù)
  9.5  系統(tǒng)集成
  9.6  總結(jié)
  參考文獻(xiàn)
第十章  硅基光電子學(xué)的應(yīng)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(xué)傳感片上系統(tǒng)芯片
  10.4  太陽能電池
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   硅基光電子學(xué)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(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。如果被開發(fā)的產(chǎn)品性能達(dá)到商業(yè)化水平，硅就能像現(xiàn)在主導(dǎo)電子產(chǎn)業(yè)一樣主導(dǎo)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(xué)的應(yīng)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(zhǎng)，超大規(guī)模集成電路技術(shù)日益逼近它的極限，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部通信速度和寬帶落后于處理器芯片運(yùn)算速度的趨勢(shì)曰益擴(kuò)大，銅互連將成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體性能提升的瓶頸。目前，光互連被公認(rèn)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)板與板之間的互連、機(jī)棧與機(jī)棧之間的互連、遠(yuǎn)程主干網(wǎng)上光纖通信系統(tǒng)的互連等。對(duì)于通信領(lǐng)域來說，硅基光電子首先在遠(yuǎn)距離傳輸中有很重要應(yīng)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(lǐng)域得到應(yīng)用。 2.非線性光學(xué)效應(yīng) 現(xiàn)在在硅基光電子學(xué)的研究當(dāng)中，一個(gè)重要的分支就是研究各種非線性光學(xué)效應(yīng)來制造有源光學(xué)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(dǎo)更緊的限制在硅波導(dǎo)中。在硅基波導(dǎo)中光學(xué)模式尺寸比單模光纖模式小1000倍；更重要的是，很多光學(xué)非線性效應(yīng)比在玻璃光纖中更強(qiáng)。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(gè)數(shù)量級(jí)。硅基非線性光學(xué)效應(yīng)可以廣泛用來制作芯片級(jí)高度集成的主動(dòng)光電器件，包括光放大器、激光、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、超快開關(guān)、脈沖產(chǎn)生和慢光發(fā)生器。最近幾年，在這個(gè)領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)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(cè)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(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical systems,MEMS)做加速度計(jì)，用熱敏效應(yīng)做溫度傳感器。同時(shí)硅基光子器件也可以用作環(huán)境、水污染檢測(cè)的化學(xué)傳感器，利用波導(dǎo)倏逝波場(chǎng)與傳感物質(zhì)相互作用來進(jìn)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(cè)抗原抗體，進(jìn)行生化傳感檢測(cè)等。

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