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第一章　介质波导耦合模理论及半导体耦合器1

1.1 引言1

1.2　介质波导的弱耦合理论和耦合模方程1

1.2.1　耦合模方程1

1.2.2　两同向波间的耦合4

1.2.3　耦合系数的计算8

1.2.4　两反向波间的耦合34

1.3　半导体耦合器37

1.3.1　半导体条形波导制备技术37

1.3.2　SOI定向耦合器41

1.3.3　SOI光栅耦合器42

参考文献43

第二章　半导体分支波导和劈形波导46

2.1 引言46

2.2　劈形波导和波导连接器46

2.2.1　劈形波导47

2.2.2　波导连接器48

2.2.3　Y结分支波导中的劈形过渡50

2.3　Y结平面分支波导56

2.3.1　本地模法56

2.3.2　台阶近似法58

2.3.3　Y结分支角的考虑59

2.3.4　平面Y结分支波导的传播常数最接近准则63

2.3.5　低损耗大角度平面Y结分支波导65

2.4　脊形分支波导的传输特性66

2.4.1　基本理论方法Ⅰ——傍轴近似BPM67

2.4.2　基本理论方法Ⅱ——正向广角BPM72

2.4.3　BPM数值计算的可靠性75

2.4.4　硅和SOI分支波导的传输特性77

2.5　硅脊形分支波导的研制与应用82

2.6 非对称X形分支波导83

参考文献84

3.2　无间距定向耦合器87

第三章　半导体无源导波器件87

3.1　引言87

3.3　横向耦合器90

3.3.1　直接聚焦耦合器90

3.3.2　端接耦合器90

3.3.3　光纤波导耦合器98

3.4　光纤与平面波导的定向耦合109

3.5　棱镜波导耦合器和光栅耦合器110

3.6　波导偏振器113

3.7　光波导透镜、反射镜和棱镜114

3.7.1　波导透镜115

3.7.2　波导反射镜122

3.7.3　波导棱镜123

3.8　其他导波无源器件123

附录3.A　平面波导偏振器理论推导124

3.A.1　理论分析125

3.A.2　算例与讨论127

参考文献129

第四章　硅膜基本性质及其电光效应133

4.1 引言133

4.2　硅的PN结性质133

4.2.1　PIN结基本性质133

4.2.2　PN结的开关特性134

4.3　用于脊形结构的PN结二维模型138

4.3.1　二维近似解析模型138

4.3.2　浅PN结二维精确解析模型144

4.3.3　二维PN结的有限元法分析152

4.4　硅的电光效应155

4.4.1　硅的直接电光效应155

4.4.2　硅的间接电光效应157

参考文献161

5.2　光波调制的基本概念和参数163

第五章　硅单波导调制器163

5.1 引言163

5.2.1　一般概念164

5.2.2　主要调制参数166

5.3　半导体光波导中的调制效应167

5.3.1　半导体脊形波导中的调制效应168

5.3.2　半导体条形波导中的调制效应170

5.4　各种硅单波导调制器171

5.4.1　P+N结大注入单波导调制器171

5.4.2　PIN二极管单波导调制器178

5.4.3　GeSi/Si异质结单波导调制器181

5.4.4　双注入场效应晶体管单波导调制器183

5.4.5　MOS结构单波导调制器185

5.4.6　N+NPP+二极管单波导调制器189

附录5.A　式（5-16）的推导193

附录5.B　式（5-20）的推导197

附录5.C　体硅DIFET调制器设计199

5.C.1　双注入效应200

5.C.2　体硅结栅控制双注入波导电光调制器的设计202

5.C.3　结论205

参考文献206

第六章　半导体非干涉型光波导电光调制开关209

6.1 引言209

6.2　全内反射型硅波导电光调制开关210

6.2.1　概述210

6.2.2　非对称全内反射型开关211

6.2.3　对称全内反射型开关226

6.3　X结和Y结调制开关236

参考文献239

7.2　定向耦合调制开关242

7.2.1　定向耦合开关242

7.1 引言242

第七章　半导体干涉型光波导电光调制开关242

7.2.2　无间距定向耦合开关250

7.3　Mach-Zehnder干涉型调制开关260

7.3.1　硅M-Z干涉型电光调制器260

7.3.2　硅M-Z干涉型热光调制器271

7.3.3　M-Z干涉型调制器的多种形式278

参考文献282

第八章　导波光学器件的应用及其发展285

8.1 引言285

8.2　半导体集成光波导开关网络289

8.2.1　开关网络的特点与构成289

8.2.2　完全无阻塞光开关阵列与重排无阻塞光开关阵列292

8.2.3　用于京比特级网络的光电开关299

8.3　集成光电子运算器300

8.3.1　光子逻辑门单元探索301

8.3.2　集成光电子逻辑线路312

8.4　集成光电子数／模、模／数转换器318

8.4.1　A/D转换器318

8.4.2　D/A转换器323

8.5 导波光学器件在集成光路谱分析仪和光纤陀螺中的应用324

8.5.1　在微型多道成像光谱分析系统集成化中的应用324

8.5.2　集成光路频谱分析器328

8.5.3　导波光学器件在集成光路干涉仪光纤陀螺中的应用330

8.6　光波导传感器340

8.6.1　介质波导传感器的特点和基本原理340

8.6.2　硅光波导压力传感器343

8.6.3　硅光波导干涉仪压力传感器347

8.7 导波光学器件在未来光计算机和光通信中的应用354

8.7.1　光互连与光计算354

8.7.2　光通信容量的扩展359

8.7.3　展望367

参考文献372