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第1章 光波导基本理论1

1.1 平板波导2

1.1.1 射线理论分析法2

1.1.2 波动理论分析法4

1.1.3 高斯近似模场9

1.2 条形波导10

1.2.1 Macatli方法10

1.2.2 等效折射率方法13

1.3 本章小结14

参考文献14

第2章 光束传输方法16

2.1 全矢量波动方程16

2.2 BPM17

2.3 BPM应用实例21

2.3.1 实例1：定向耦合器21

2.3.2 实例2：马赫-曾德尔干涉仪21

2.4 本章小结22

参考文献22

第3章 时域有限差分方法24

3.1 引言24

3.2 麦克斯韦方程的FDTD计算式及基本性质25

3.2.1 Yee元胞及差分格式25

3.2.2 数值稳定性条件28

3.2.3 数值色散与噪声28

3.3 完美匹配层吸收边界条件29

3.4 激励源设置32

3.4.1 脉冲源与稳态源32

3.4.2 总场散射场分离33

3.5 色散介质的有限差分方法34

3.5.1 联系D和E的因果性和几种典型色散模型34

3.5.2 色散介质的FDTD差分算法36

3.6 计算实例与分析38

参考文献39

第4章 常见光波导材料与结构40

4.1 典型光波导材料与结构40

4.1.1 SiO2材料及波导40

4.1.2 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料及波导42

4.1.3 铌酸锂（LiNbO3）材料及波导43

4.1.4 聚合物材料及波导44

4.1.5 硅绝缘体材料及波导45

4.1.6 新型纳米光波导48

4.1.7 光波导材料及结构小结50

4.2 光波导器件的制作工艺51

4.2.1 波导层薄膜生长53

4.2.2 光刻工艺55

4.2.3 刻蚀技术59

4.3 光波导器件的测试63

4.3.1 测试流程63

4.3.2 测试装置65

4.3.3 波导传输损耗测试方法65

4.3.4 光波导器件的封装与测试68

4.4 本章小结70

参考文献70

第5章 光波导耦合器73

5.1 光耦合器概述及分类73

5.2 光耦合器的一般技术参数75

5.3 Y分支概述79

5.3.1 Y分支的基本原理79

5.3.2 Y分支的设计举例81

5.3.3 可调谐Y分支83

5.3.4 Y分支的应用83

5.4 MMI耦合器84

5.4.1 MMI耦合器基本原理84

5.4.2 MMI耦合器的应用87

5.5 定向耦合器89

5.6 本章小结91

参考文献92

第6章 波分复用器94

6.1 波分复用技术94

6.2 波分复用器件95

6.3 AWG98

6.3.1 AWG原理和几何设计98

6.3.2 AWG的理论建模112

6.4 EDG121

6.5 波分复用器件优化设计124

6.5.1 带通平坦设计124

6.5.2 偏振不敏感设计126

6.5.3 热不敏感设计128

6.5.4 低串扰设计129

6.5.5 其他优化设计130

6.6 波分复用器件的应用130

6.6.1 单纤三向器件130

6.6.2 光码分多址复用的编解码器应用131

6.7 本章小结132

参考文献133

第7章 微环谐振器及相关器件135

7.1 概述135

7.2 基本原理135

7.2.1 基本结构135

7.2.2 基本参量137

7.2.3 基本功能139

7.3 传输矩阵法139

7.3.1 振幅耦合方程139

7.3.2 单环滤波器140

7.3.3 并联双环滤波器145

7.3.4 串联双环滤波器149

7.4 基于微环谐振器的集成光子器件153

7.4.1 滤波器153

7.4.2 波分复用器件154

7.4.3 微环传感器155

7.4.4 微环激光器159

7.4.5 微环光调制器160

7.4.6 微环光开关161

7.5 本章小结162

参考文献162

第8章 基于表面等离子体结构的纳米光集成164

8.1 引言164

8.2 表面等离子体的基本性质166

8.2.1 金属的色散模型166

8.2.2 金属/介质单界面上的表面等离子体169

8.2.3 多层结构中的表面等离子体175

8.3 表面等离子体在亚波长光集成中的应用184

8.3.1 金属纳米颗粒阵列波导184

8.3.2 长程表面等离子体器件186

8.3.3 MIM波导及器件187

8.4 本章讨论与展望192

参考文献194

第9章 光子晶体波导及器件197

9.1 光子晶体简介197

9.1.1 光子晶体的概念197

9.1.2 光子晶体的应用197

9.2 光子晶体波导199

9.2.1 二维平板光子晶体199

9.2.2 光子晶体平板波导200

9.2.3 基于光子晶体波导的基本单元202

9.3 基于光子晶体波导的新型集成器件204

9.3.1 光子晶体功分器204

9.3.2 光子晶体波分复用器206

9.3.3 光子晶体光开关207

9.3.4 光子晶体慢波波导208

9.3.5 光子晶体高Q值微腔211

9.4 光子晶体波导的制作213

9.5 本章小结与讨论215

参考文献216

第10章 硅光子学218

10.1 概述218

10.2 半导体物理基础219

10.2.1 晶体219

10.2.2 能带及材料的分类219

10.2.3 电子的跃迁和空穴221

10.2.4 直接带隙和间接带隙半导体222

10.2.5 硅材料的特性222

10.3 硅基拉曼激光器223

10.3.1 拉曼散射和受激拉曼散射223

10.3.2 双光子吸收和自由载流子吸收224

10.3.3 硅基拉曼激光器225

10.4 硅基电光调制器227

10.4.1 自由载流子等离子色散效应227

10.4.2 基于马赫-曾德尔干涉仪结构的硅基电光调制器228

10.4.3 基于微环谐振器结构的硅基电光调制器229

10.5 硅基光电探测器231

10.5.1 硅基锗探测器231

10.5.2 硅基离子注入探测器232

10.5.3 波导和探测器的耦合233

10.6 硅和Ⅲ-Ⅴ族材料的混合集成234

10.7 本章小结235

参考文献235