Integrated optics

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出版者:Springer
作者:Robert G Hunsperger
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1982
价格:0
装帧:Unknown Binding
isbn号码:9783540116677
丛书系列:
图书标签:
  • 光子学
  • 集成光学
  • 光学工程
  • 光波导
  • 微环谐振器
  • 硅光子学
  • 非线性光学
  • 光通信
  • 光学器件
  • 光纤光学
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具体描述

深入探索光电融合的前沿领域:光通信、量子计算与生物传感的新视野 本书《集成光学》是一部聚焦于光电子技术前沿进展的深度专著,旨在为研究人员、工程师和高年级学生提供一个全面、深入且具有前瞻性的知识框架。它并非关注传统的光学基础理论或标准的波导结构设计,而是将焦点放在如何将复杂的光学功能(如调制、滤波、传感和量子效应)高效地集成到微纳尺度芯片上,从而实现下一代光子集成电路(PICs)的突破性性能。 全书的叙事结构围绕三大核心支柱展开:先进异质集成技术、非线性与量子光子学,以及面向特定应用领域的芯片级解决方案。 第一部分:异质集成与材料工程的交汇点 在现代光电子领域,单纯依赖硅基平台已无法满足对速度、功耗和波长调谐能力的极限需求。本部分深入剖析了如何突破传统材料限制,实现不同功能模块的完美“联姻”。 第一章:超高密度异质集成策略 本章系统梳理了当前实现高性能PICs的关键挑战——如何将 III-V 族半导体(如 InP 和 GaAs,用于激光和放大)与 CMOS 兼容的硅基平台(用于传输和调制)高效、无损地连接起来。我们详细探讨了键合技术(Direct Bonding, Anodic Bonding)的物理机制、表面准备的纳米级精度要求,以及键合后层间缺陷的控制与表征方法。特别关注了混合集成(Hybrid Integration)中关键的失配应力管理,探讨了如何利用超薄牺牲层或缓冲层来吸收晶格常数和热膨胀系数的差异,以确保器件的长期可靠性。 第二章:二维材料的集成潜力与挑战 石墨烯、过渡金属硫化物(TMDs,如 MoS₂、WSe₂)因其优异的电光调制速度、宽带吸收特性和极高的光场限制能力,成为下一代集成光学的焦点。本章重点分析了这些二维材料如何被集成到波导结构中。内容包括:化学气相沉积(CVD)或外延生长后的转移技术、原子级界面接触的构建,以及如何利用其强烈的电光效应,设计出比传统 Mach-Zehnder 调制器更短、能耗更低的超紧凑调制器。此外,还讨论了利用二维材料实现宽带光电探测和偏振无关滤波器的可行性。 第三章:光子晶体在片上集成中的高级应用 本章超越了基础的光子晶体(PhC)结构,探讨了如何在实际的 PICs 中利用其独特的能带结构来操控光流。内容涵盖缺陷工程,如何精确设计缺陷模式以实现高品质因子(Q值)的谐振腔,并将其用于构建极窄带滤波器和片上激光器。重点分析了如何通过引入非线性材料(如硅氮化物)到 PhC 结构中,来实现光频率梳的片上生成,以及在光存储和慢光效应中的应用。 --- 第二部分:非线性光子学与量子信息处理 集成平台为实现复杂的光学非线性效应和量子态的精确操控提供了前所未有的稳定性。本部分着眼于超越线性传输的边界。 第四章:片上高阶非线性现象的精确控制 硅基材料(SiN 和 Si)的非线性特性是实现片上光频率转换和超快脉冲整形的基础。本章深入探讨了在微纳波导中,如何通过优化几何结构(如增加有效非线性系数 $gamma$ 和减小损耗 $alpha$)来最大化非线性效应。详细分析了四波混频(FWM)在片上光梳生成中的作用,以及如何利用克尔效应实现光脉冲的自相位调制(SPM)和交叉相位调制(XPM),从而在片上生成皮秒甚至飞秒脉冲。此外,还讨论了硅自身缺陷导致的非理想效应(如自由载流子吸收)的抑制策略。 第五章:集成量子光源与单光子探测 量子技术对集成平台提出了极高的稳定性要求。本章聚焦于如何利用集成波导结构来增强光与物质的相互作用,从而高效地产生纠缠光子对。内容包括:基于自发参量下转换(SPDC)或自发四波混频(SFWM)的片上光源的设计,以及如何通过集成波导的定制化几何形状来精确控制发射光子的光谱和时间相关性。在探测端,详细阐述了集成超导纳米线单光子探测器(SNSPDs)的制备工艺,以及它们如何被无缝集成到片上系统中,以实现对弱量子态的高效、高时间分辨测量。 第六章:集成光子中的拓扑保护与鲁棒性 拓扑光子学为实现对环境扰动免疫的器件提供了新的思路。本章介绍如何通过周期性的结构扰动来设计具有拓扑保护边缘态的集成波导。重点分析了在二维和三维集成结构中,如何利用时间反演对称性或手性来构建单向传输的波导,从而有效避免回波损耗和散射,这对于构建高可靠性的量子网络至关重要。 --- 第三部分:面向未来应用的芯片级光子系统 本部分将前述的材料和原理应用于实际的、具有颠覆性潜力的应用领域。 第七章:高密度片上光互连与数据中心级光引擎 随着摩尔定律的放缓,数据中心内部的光互连密度和能效成为瓶颈。本章探讨了如何利用高调制速度的电吸收调制器(EAM)或硅光电调制器,结合多通道波分复用(MWDM)技术,在单个光芯片上实现 TB/s 级别的数据传输。重点分析了热光效应在片上波长锁定和动态再构中的作用,以及如何设计低串扰、高隔离度的片上光交叉连接(Optical Cross-Connect, OXC)矩阵。 第八章:集成生物光子学与高灵敏度传感 将集成光学应用于生物和化学传感,要求器件具备极高的灵敏度和生物相容性。本章详细介绍了如何设计高填充因子、高折射率对比度的波导结构,以最大化待测物(如蛋白质、病毒)与光场的相互作用长度。探讨了基于表面等离子体共振(SPR)的片上传感器,以及利用光力学效应实现对细胞或微粒的无标记、高精度捕获和操控。内容还涉及新型封装技术,确保芯片在液体环境中长期稳定工作。 第九章:光计算的硬件加速与神经网络架构 本章展望了集成光学在通用和专用计算中的潜力,特别是模拟神经网络(ANN)的加速。重点分析了如何利用Mach-Zehnder 干涉仪阵列作为可编程的矩阵乘法单元,以及如何通过电光调制器实现权重参数的实时更新。讨论了如何利用片上光子缓存与延迟线来构建循环神经网络(RNN)的基本组件,并对比了其在能效和速度上相对于电子实现的优势与挑战。 全书的最终目标是提供一个连贯的知识图谱,展示如何从原子级别的材料选择,到纳米级的结构工程,再到系统级的应用部署,全面掌握集成光学领域的尖端技术和未来发展方向。

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读后感

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用户评价

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作为一个在光学工程领域摸索多年的研究者,我一直在寻找一本能够提供深刻洞见和最新进展的书籍。当《Integrated Optics》出现在我面前时,我感到眼前一亮。我期待这本书能够不仅仅停留在基础理论的介绍,更能触及到集成光学领域的前沿研究和技术突破。我希望书中能够详细阐述当前集成光学器件的设计理念和实现方法,例如如何设计具有低插入损耗和高消光比的光开关,如何实现高速率的光调制和解调,以及如何提高光电探测器的灵敏度和响应速度。我对于书中关于不同材料平台在集成光学中的性能比较和权衡抱有浓厚的兴趣,例如硅光子、III-V族半导体、铌酸锂等,它们各自在哪些方面具有优势,又面临哪些挑战。此外,我也希望书中能够探讨集成光学在互连、计算、传感等领域的最新应用案例,例如如何利用集成光学实现更高效的数据中心互连,如何构建高性能的光计算单元,以及如何在生物医学领域开发新型的光学传感器。这本书是否能够为我提供新的研究思路和灵感,帮助我在集成光学领域取得更大的突破,我对此充满期待。

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作为一名刚刚接触光电子学领域的学生,我怀揣着学习知识的热情,在书架上搜寻着能够引领我入门的教材。当我的目光落在《Integrated Optics》这本书上时,一种莫名的吸引力让我决定将它带回家。封面设计简洁而现代,没有过多华丽的装饰,仿佛暗示着书本内容本身的深度与厚重。我期待它能像一位循循善诱的导师,将那些晦涩难懂的物理原理和工程技术,以清晰易懂的方式呈现给我。我希望这本书不仅仅是理论知识的堆砌,更能包含实际的应用案例和研究前沿,让我能够更直观地理解集成光学在通信、传感、计算等领域所扮演的关键角色。我非常好奇,在当今信息爆炸的时代,集成光学这一分支是如何在微观世界中创造出强大的功能,又是如何影响着我们生活的方方面面。这本书是否能为我解答这些疑问,是否能点亮我探索集成光学奥秘的道路,我对此充满了期待。我希望它能够提供坚实的基础,让我能够逐步深入,去理解那些构成集成光学器件的核心元素,例如波导、耦合器、调制器等,以及它们是如何在微小的芯片上协同工作的。此外,我也希望书中能够探讨集成光学在未来的发展潜力,例如在量子计算、生物医学成像等新兴领域的应用前景,这样我才能更好地规划自己的学习方向和未来的职业发展。

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在电子信息时代,对信息处理速度和数据传输能力的要求是永无止境的。集成光学,作为一种能够提供强大信息处理能力的下一代技术,无疑是未来的重要发展方向。《Integrated Optics》这本书,承诺将带领我深入探索这一令人兴奋的领域。我希望这本书能够详细介绍集成光学器件的物理基础,例如光在微纳结构中的传播规律,以及如何通过精确的几何设计来控制光的行为。我尤其希望书中能够重点讲解硅光子学的最新进展,包括其在制造技术、材料选择和器件性能方面的突破。此外,我也希望书中能够探讨集成光学在光计算领域的应用,例如如何利用光子的并行处理能力来加速复杂的计算任务,如何构建基于光子的逻辑门和存储单元,以及如何克服光互连的瓶颈问题。这本书是否能够为我揭示集成光学在人工智能、大数据等前沿领域所扮演的关键角色,我对此充满期待。

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在信息技术日新月异的今天,对数据传输速度和效率的要求从未停止。集成光学技术,作为一种能够实现高速、低功耗信息传输的关键技术,自然吸引了我的目光。《Integrated Optics》这本书,让我看到了深入了解这项技术的希望。我希望这本书能够清晰地阐述集成光学是如何将传统的光学元件“缩小”并“集成”到芯片上的,从而实现更小巧、更高效、更低成本的光学系统。我特别想知道,书中是否会深入介绍硅光子技术的发展,以及它如何成为当前集成光学领域的研究热点。硅光子技术如何克服其材料本身的局限性,实现高性能的光学器件,又如何与其他电子技术进行协同集成,这是我非常感兴趣的。此外,我也希望书中能够探讨集成光学在通信领域的应用,例如如何通过集成光学实现更高带宽的光通信网络,如何构建更智能的光交换设备,以及如何应对日益增长的数据流量需求。这本书是否能为我提供对未来通信技术发展的深刻洞察,我对此充满期待。

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我一直认为,能够将如此精密的科学原理应用到实际工程中的技术,都充满了魅力。集成光学正是这样一项技术,它将光学、电子学、材料科学等多个学科巧妙地融合在一起。《Integrated Optics》这本书,似乎为我打开了一扇了解这项技术奥秘的大门。我希望这本书能够详细讲解集成光学的基本构建模块,例如波导、耦合器、调制器、探测器等,以及它们是如何在微小的芯片上协同工作的。我尤其关注书中关于如何设计和制造这些器件的内容,例如如何通过精确的纳米加工技术来控制光路,如何提高器件的效率和稳定性。此外,我也希望书中能够探讨集成光学在生物医学领域的应用,例如如何利用集成光学技术开发用于疾病诊断的光学传感器,如何实现更精确的生物标记物的检测,以及如何为微创手术提供更先进的光学工具。我希望通过这本书,能够更好地理解集成光学如何赋能生命科学,为人类健康带来福祉。

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我一直在寻找一本能够系统性地介绍集成光学概念的书籍,而《Integrated Optics》似乎正好填补了我的需求。我对于它能够提供从基础理论到前沿应用的全面覆盖抱有很高的期望。我希望这本书能够帮助我理解,为什么将各种光学元件“集成”到一块芯片上会带来如此巨大的优势。书中是否会深入探讨光在微纳尺度下的传播特性,以及如何通过精确的结构设计来控制光路的走向和行为?我特别感兴趣的是书中关于不同材料在集成光学中的应用,例如硅光子、氮化硅、铌酸锂等,以及它们各自的优缺点和适用场景。我希望能够了解到这些材料如何被加工成高性能的光学器件,以及在制造过程中可能面临的技术难题。此外,我也希望书中能够提供一些实际的案例研究,展示集成光学在不同领域的应用,例如数据中心的光通信、自动驾驶的激光雷达、医疗诊断的光学传感器等。通过这些案例,我希望能够更直观地感受到集成光学技术所带来的实际价值和影响力。这本书是否能让我跳出纸上谈兵的层面,而真正地理解集成光学是如何改变世界的,我对此充满期待。

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我一直对那些能够将复杂系统微型化、集成化的技术着迷,而集成光学无疑是其中的佼佼者。当我翻开《Integrated Optics》这本书时,我立刻被其严谨的结构和深入的探讨所吸引。这本书似乎不仅仅是在介绍集成光学这个概念,更是在带领读者深入理解其背后的物理原理和设计哲学。我尤其感兴趣的是书中对于各种光学元件的设计与制造过程的阐述,例如如何通过精确的加工技术在芯片上构建出能够精确操控光信号的波导,以及如何实现不同功能模块之间的无损耦合。我希望书中能够详细讲解这些过程中的关键技术挑战和创新解决方案,让我能够领略到科学家和工程师们在这一领域所付出的努力和智慧。同时,我也对书中关于集成光学器件性能评估和优化方法的介绍抱有浓厚的兴趣。毕竟,一个优秀的光学器件不仅需要能够实现预期的功能,还需要具备高效率、低损耗、宽带宽等优异的性能。这本书是否能够为我提供一套系统的方法论,来理解和分析这些性能参数,并学习如何通过优化设计来提升器件的整体表现,这是我非常期待的。总而言之,我希望这本书能够让我从一个“看客”变成一个能够“动手”的实践者,能够理解从原理到实现的完整链条。

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我一直对那些能够将复杂功能集成到微小芯片上的技术深感敬畏,而集成光学无疑是其中的典范。《Integrated Optics》这本书,似乎正是为我这样对微观世界中的光学奇迹充满好奇的读者量身打造的。我希望它能够从最基础的光学原理讲起,逐步引导我理解那些构成集成光学器件的“积木块”是如何搭建起来的。例如,书中是否会详细介绍光是如何在微小的波导中传播的,又如何通过耦合器在不同波导之间进行能量的转移?我特别期待书中能够深入讲解那些核心的光学元件,如光栅、棱镜、透镜等,它们是如何被微型化并集成到芯片上的,以及它们在实现特定光学功能中所扮演的角色。此外,我也希望书中能够探讨集成光学在材料科学方面的应用,例如如何选择和制备适合集成光学器件的材料,以及如何通过纳米加工技术来精确控制材料的结构和性能。我希望这本书能够让我不仅仅停留在“知道”的层面,更能“理解”集成光学背后的科学原理和工程挑战,为我未来更深入的学习和研究打下坚实的基础。

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在数字时代飞速发展的今天,信息传输的速率和效率变得前所未有的重要。而集成光学技术,无疑为解决这一挑战提供了强大的武器。《Integrated Optics》这本书,正如其名,旨在深入探讨将光学器件集成到芯片上的技术。我被它所承诺的深度和广度所吸引。我希望这本书能够清晰地阐述集成光学发展的历史脉络,让我们了解这项技术是如何一步步走到今天,又是经历了哪些重要的里程碑。同时,我也迫切地想知道,与传统的独立光学元件相比,集成光学在性能、成本、体积等方面究竟有哪些显著的优势。书中是否会详细分析这些优势的具体体现,以及它们是如何为光通信、光计算等领域带来革命性的变革?我特别关注书中关于如何设计和制造不同类型的集成光学器件的章节,例如光调制器、光探测器、光开关等。我希望能够了解这些器件的基本工作原理,以及它们在实际应用中所扮演的角色。此外,我也希望书中能够探讨集成光学在未来的发展趋势,例如如何进一步提高集成度、降低功耗,以及在光子集成芯片上的异质集成技术等。我相信,这本书能够为我打开一扇通往高性能光电子器件世界的大门。

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我一直对微纳技术和光学科学的结合深感着迷,而《Integrated Optics》这本书的出现,恰好满足了我对这一交叉领域的好奇心。我希望这本书不仅仅是一本教科书,更是一本能够启发思考、引导探索的指南。我期待书中能够深入浅出地解释集成光学的基本原理,例如光的衍射、干涉、折射等基本光学现象是如何在微小的芯片上被巧妙地利用和控制的。我尤其关注书中关于如何构建高效的光波导,以及如何实现光信号的传输、分支、合并等功能。我希望能够了解那些构成集成光学器件的核心要素,例如光栅耦合器、Mach-Zehnder干涉仪、环形谐振器等,它们是如何被设计和制造出来的,又是如何协同工作的。此外,我也希望书中能够探讨集成光学在先进制造技术方面的进展,例如光刻、蚀刻、薄膜沉积等工艺,以及如何通过这些技术来克服微纳尺度的加工挑战。我期待这本书能够为我提供一个坚实的理论基础,同时也能让我了解到当前集成光学领域的研究热点和未来发展方向,例如在可重构光网络、片上光信号处理等方面的应用。

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