光波导原理与器件（第2版） pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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宋贵才，全薇著

图书标签:

光波导
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半导体光子学
微波光子学
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出版社：清华大学出版社

ISBN：9787302447191

版次：2

商品编码：12056604

包装：平装

丛书名：高等学校电子信息类专业系列教材

开本：16开

出版时间：2016-10-01

用纸：胶版纸

页数：224

字数：367000

正文语种：中文

具体描述

编辑推荐

　　（1）本书注重基础，兼顾应用，遵循学以致用的理念，在全面论述基本原理和基本知识的基础上，系统地讲述了光波导原理以及光波导器件的结构、功能和制作方法。

　　（2）本书前后连贯，逻辑性强，便于学习和记忆；书中图表丰富，推演过程详细，便于理解和掌握。书中各节都有要点总结，便于对重点知识的把握。书中各章后面都有小结，并附有与该章内容联系紧密并且实用性很强的习题，便于学以致用。

　　（3）本书系统而深入地论述了光波导的基本概念、基本规律和典型现象，并给出了光波导理论在实际工程中的应用案例，融入了与导波光学相关的新技术与科研成果。

　　（4）本书配有精心编写的教学课件，下载地址为清华大学出版社网站本书页面。

内容简介

　　本书在介绍导波光学产生和发展概况之后，从光的电磁理论出发，系统、深入地阐述光在光波导中传播时发生的基本现象和遵循的基本规律，在此基础上，讲述光波导器件的原理、结构、制作技术和工艺流程。同时，也讲述了光波导器件的相关应用。全书内容共分7章，包括光导波原理及器件概论、光波导的理论基础、光波导元器件和光波导传感器、光波导的制备技术、光波导耦合理论与耦合器、光调制和光波导调制器、光纤和光纤技术。

　　本书可作为光电信息科学与工程、应用物理学、电子科学与技术以及光学工程专业本科生的专业基础教材，也可供从事光学及相关领域学习和研究的师生和科技人员参考。

作者简介

　　宋贵才，1987年毕业于长春光学精密机械学院光学物理系，毕业后留校任教。先后获激光技术专业学士学位、军用光学专业硕士学位及光学工程专业博士学位。2009年在长春理工大学（原长春光学精密机械学院）理学院工作，任系主任、教授、博士生导师。主要从事电子科学与技术、光电信息科学与工程专业的本科生和研究生教学和科研工作，研究方向涉及激光、红外和光电子技术微波枝术等领域。现为国家精品资源共享课“红外物理”课程负责人，长春理工大学校教学督导组副组长。

内页插图

《光波导原理与器件（第2版）》图书简介内容概述《光波导原理与器件（第2版）》是一部全面深入探讨光波导技术基本原理、关键器件设计、制造工艺以及前沿应用的研究专著。本书旨在为光电子学、通信工程、材料科学、物理学等相关领域的科研人员、工程师和高年级本科生、研究生提供一个系统、权威的学习和参考平台。第二版在继承第一版核心内容的基础上，充分吸收了近年来光波导技术领域最新的研究进展和技术突破，内容更加充实，论述更加深入，图文并茂，力求展现光波导技术在现代科学和工程中的重要地位及其蓬勃发展的未来。本书的内容体系构建清晰，逻辑严谨，从基础的光波导概念入手，逐步深入到复杂的光波导器件的原理分析和设计方法。全书共分为若干章节，每一章都围绕一个核心主题展开，层层递进，确保读者能够循序渐进地掌握光波导技术的精髓。第一部分：光波导基础理论本书的开篇章节着重于奠定坚实的光波导基础理论。首先，对光的波动性质和电磁场理论进行了回顾和梳理，这是理解光波导现象的根本。接着，详细介绍了光波导的基本概念，包括折射率、光的全反射原理、光线理论以及夫琅禾费衍射等，为后续深入探讨光在波导中的传播行为打下基础。核心内容集中在讲解不同类型光波导的理论模型。例如，对于平面波导，详细阐述了其结构、传播模式、模式耦合、模式转换等现象，并推导了相应的数学模型。对于介质光栅波导、光子晶体波导等更复杂的结构，本书也进行了详细的理论分析，包括其独特的传播特性和优缺点。在电磁场理论的基础上，本书深入探讨了光波导的传播模式。无论是单模波导还是多模波导，其传播模式的特性直接影响着光信号的传输质量和器件的性能。本书详细分析了模式的截止条件、有效折射率、模式场分布等关键参数，并介绍了如何通过控制波导结构参数来调控模式特性。此外，对模式色散、群速度色散等影响光信号完整性的重要因素也进行了深入的剖析。第二部分：核心光波导器件原理与设计在掌握了基本的光波导传播原理后，本书的重点转向了构成光电子信息系统核心的光波导器件。这一部分详细介绍了各类关键光波导器件的物理原理、设计原则、性能参数以及典型的应用场景。光源器件：尽管光波导本身不直接产生光，但它是承载和引导光源的关键。本书会介绍与光波导集成的常见光源，如半导体激光器、LED等，并讨论其与波导的耦合效率和集成方式。调制器件：光调制是信息传输和处理的关键环节。本书会深入探讨电光调制器、声光调制器、热光调制器等基于光波导的调制器件。详细分析其工作机理，如电光效应、声光效应、热光效应等，并介绍其在光通信、光计算等领域的应用。开关器件：光开关是实现光信号路由和复用的核心。本书会介绍 Mach-Zehnder 干涉仪（MZI）型光开关、干涉耦合器型光开关等，分析其结构、工作原理、 switching ratio（切换比）、insertion loss（插入损耗）等关键性能指标。耦合器：光耦合器用于实现光信号的分路、合路以及模式的耦合。本书会详细讲解定向耦合器、Y型分支器、多模干涉（MMI）耦合器等，分析其设计参数与耦合效率的关系，并探讨其在光网络中的作用。滤波器：光滤波器用于选择特定波长的光信号，在波分复用（WDM）系统中至关重要。本书会介绍基于光栅、干涉效应、光子晶体等原理的光波导滤波器，分析其带宽、中心波长、阻带抑制等性能。波长转换器/复用器/解复用器：随着光通信容量的不断提升，波长相关的器件扮演着越来越重要的角色。本书会介绍基于非线性效应、光栅衍射、干涉耦合等原理的波长转换、复用和解复用器件。光放大器：虽然通常不认为是纯粹的光波导器件，但掺铒光纤放大器（EDFA）等基于光纤波导的光放大器是光通信网络不可或缺的部分。本书会对其原理和关键技术进行介绍。非线性光学器件：随着光纤通信向更高容量和更远距离发展，非线性效应在光传输和处理中愈发重要。本书会探讨光波导中的非线性现象，如受激拉曼散射、受激布里渊散射、四波混频等，并介绍基于这些效应的光波导器件，如光参量振荡器、自频移梳齿等。光存储与光计算相关器件：随着光计算和光存储技术的发展，基于光波导的新型器件也在不断涌现。本书会介绍与这些前沿领域相关的光波导器件，如光逻辑门、光存储单元等，尽管这部分内容可能相对更新颖，本书会尽力涵盖最新的研究成果。在介绍每个器件时，本书不仅会阐述其物理原理，还会深入讲解设计思路和优化方法。通过结合具体的仿真案例和实验数据，帮助读者理解理论与实践之间的联系，并掌握实际的设计工具和技术。第三部分：制造工艺与表征技术光波导器件的性能在很大程度上取决于其制造工艺的精度和可靠性。本书的第三部分将聚焦于光波导器件的制造技术和表征方法。材料选择与制备：介绍了几种常用的光波导材料，如石英玻璃、铌酸锂、聚合物、半导体材料（如硅、砷化镓）等，并讨论了它们各自的优缺点和适用范围。同时，会介绍相应的材料制备和薄膜沉积技术。光波导制造工艺：详细讲解了各种光波导制造工艺，包括：光刻技术：介绍光刻的原理、类型（如光刻、电子束光刻、纳米压印光刻等），以及其在图形转移中的作用。刻蚀技术：阐述干法刻蚀（如反应离子刻蚀 RIE）和湿法刻蚀的原理和应用，以及如何控制刻蚀深度和侧壁形貌。薄膜生长与沉积：介绍化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、溶胶-凝胶法等薄膜制备技术。离子交换法：重点介绍离子交换法在玻璃和铌酸锂等材料中形成光波导的原理和工艺。晶体生长与外延：针对半导体光波导，会介绍外延生长技术，如MOCVD、MBE等。器件集成工艺：讨论如何将不同的光波导器件集成到同一片衬底上，实现复杂的光子集成电路（PIC）。光波导表征技术：介绍用于评估光波导性能的各种实验技术，包括：折射率测量：如棱镜耦合法、椭偏仪法等。模式分析：如远场/近场成像法、模式场分析仪等。损耗测量：如切片法、端面耦合法、插入损耗测量等。性能参数测量：如调制电压、开关速度、带宽、非线性系数等。结构分析：如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等。第四部分：前沿应用与发展趋势本书的最后一个部分着眼于光波导技术的最新应用和未来发展趋势，旨在激发读者的科研兴趣和创新思维。光通信领域：详细介绍光波导在高速光通信系统中的应用，包括光模块、光收发一体化器件、相干光通信、硅光子技术等。光计算与信息处理：探讨光波导在实现光计算、光逻辑运算、全光信号处理等方面的潜力。传感技术：介绍基于光波导的各种高精度传感器，如生物传感器、化学传感器、温度传感器、应变传感器等。激光技术：讨论光波导激光器的设计和制造，以及其在微纳尺度光源的应用。非线性光学与光子学：阐述光波导在非线性光学研究中的重要作用，如超连续谱产生、光学频率梳、光参量放大等。光子集成电路（PIC）：重点介绍光波导作为构建复杂光子集成电路的基础，以及其在实现小型化、低功耗、高性能光电子器件方面的进展。柔性与可穿戴光电子器件：探讨基于柔性材料的光波导在可穿戴设备、生物医学工程等新兴领域的应用。人工智能与机器学习在光波导设计中的应用：介绍如何利用AI和机器学习来加速光波导器件的设计和优化过程。本书在每一章节的末尾都附带了详细的参考文献列表，方便读者查阅更深入的文献资料。同时，书中穿插了大量的示意图、原理图、实验照片以及数据图表，使得复杂的理论概念更加直观易懂，也为读者提供了丰富的实践参考。总结《光波导原理与器件（第2版）》以其内容的全面性、理论的严谨性、设计的实用性和应用的广泛性，成为光波导领域一本不可或缺的参考书。它不仅为读者提供了扎实的基础理论知识，更展示了光波导技术在现代科技发展中所扮演的关键角色，以及其在未来信息社会中的巨大潜力。无论是希望系统学习光波导技术的初学者，还是在相关领域进行深入研究的科研人员，都能从中获益良多。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

我最初接触光波导知识，大多是通过零散的论文和技术手册，知识体系显得支离破碎。直到读了《光波导原理与器件（第2版）》，我才感觉我的知识体系终于找到了一个坚实的支点。《光波导原理与器件（第2版）》这本书的结构安排非常合理，从基础的衍射理论和波动方程出发，逐步深入到各种光波导的类型、特性以及器件的应用。我尤其喜欢书中关于“传播常数”和“模式特性”的详细阐述，这些概念对于理解光波导的运行机制至关重要。书中对不同波导结构的分析，例如条状波导、脊形波导、介质填充波导等，以及它们各自的优缺点，都进行了详尽的对比，这为我选择合适的波导结构来满足特定的应用需求提供了清晰的指引。在器件部分，书中对光开关、波长选择开关、光环形器等复杂器件的原理和结构进行了深入的剖析，这让我能够更清晰地理解这些器件是如何实现其功能的。我特别关注书中关于集成光子学的部分，它详细介绍了如何将多种光波导器件集成在同一块芯片上，实现更复杂的光学功能，这让我对未来光电子集成的发展趋势有了更深刻的认识。这本书的内容广度和深度都给我留下了深刻的印象，让我感觉自己对光波导技术的理解上升到了一个新的高度。

评分☆☆☆☆☆

作为一名研究僧，我对《光波导原理与器件（第2版）》这本书最大的感受是它的“全面性”。这本书几乎涵盖了光波导领域的所有重要方面，从最基础的理论概念，到各种器件的设计与应用，再到相关的材料科学和加工工艺，都得到了详尽的阐述。我特别欣赏书中关于“偏振”在光波导中传播的讨论，这是很多初学者容易忽略但又至关重要的一个方面。书中详细分析了偏振模式的特性，以及如何控制和利用偏振来设计特定的器件。例如，在介绍偏振无关的波导设计时，书中给出了具体的实现方法和理论依据。此外，书中对非线性光学效应在光波导中的应用也进行了深入的探讨，例如光纤激光器、光参量振荡器以及超快光脉冲的产生等。这让我对光波导在信息处理和科学研究等前沿领域的应用有了更直观的认识。书中对周期性布拉格光栅的讲解也让我印象深刻，它不仅介绍了光栅的形成原理，还分析了其在反射、滤波和模式转换等方面的应用，这对于理解许多光通信系统的关键器件非常有帮助。这本书让我感觉到，无论是作为一名初学者还是有一定基础的研究者，都能从中获得宝贵的知识和启发。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找一本能够让我真正理解“为什么”而不是仅仅“是什么”的书，而《光波导原理与器件（第2版）》恰恰满足了我的需求。作者在讲解每一个原理时，都不仅仅是给出结论，而是深入剖析其背后的物理机制。我特别欣赏书中关于“光束整形”的讲解，它不仅仅是介绍了如何改变光束的形状，而是深入分析了其背后的衍射光学原理，以及如何通过设计来实现精确的光束整形。这让我对光波导在精密光学测量和微纳加工等领域的应用有了更深的认识。书中对“光子晶体”和“超材料”的介绍也让我耳目一新，它展示了这些新型结构在光波导领域的独特优势，以及它们在实现新型功能器件方面的巨大潜力。我印象深刻的是书中关于“光子集成”的展望，它让我看到了光波导技术在未来信息处理和人工智能等领域的发展方向。这本书让我感觉到，光波导技术不仅仅是基础的研究领域，更是推动未来科技发展的重要力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书在我手中已经翻阅许久，每一次的细读都像是拨开层层迷雾，让我对光波导这一神奇的领域有了更深刻的理解。初识它，是在一次学术会议上，同行推荐说这本书是这个领域的“圣经”，我当时半信半疑，直到拿到手里，才感受到其厚重与严谨。书中的理论推导清晰而详尽，从麦克斯韦方程组出发，一步步构建出光在介质中传播的波動方程式，再到各种近似和简化方法的引入，都显得逻辑性极强，丝毫不拖泥带水。最让我印象深刻的是，作者并没有停留在纯理论的讲解，而是将抽象的数学模型与实际的光波导结构巧妙地结合起来。例如，在讨论模式分析时，书中不仅介绍了求解方法，还配以大量的图示，直观地展示了不同模式的场分布，这对于我这样偏重实践的读者来说，无疑是雪中送炭。我尤其喜欢其中关于折射率分布设计的部分，从均匀介质到渐变折射率，再到周期性结构，每一种设计理念都对应着不同的应用场景，书中对这些设计的原理、优势以及潜在的局限性都进行了深入的剖析。这让我不再满足于仅仅理解“是什么”，而是开始思考“为什么”和“如何能做得更好”。书中关于耦合器、分束器等基本器件的原理讲解，也让我茅塞顿开，理解了这些看似简单的结构背后蕴含的丰富物理现象。它不仅仅是一本教科书，更像是一位循循善诱的老师，耐心引导我一步步探索光波导的奥秘，激发了我对这个领域更深层次的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，它不像很多教材那样枯燥乏味，而是充满了“生命力”。作者在讲解每一个概念时，都力求用最生动形象的方式呈现出来。我特别喜欢书中关于“模式耦合”的讲解，它不仅仅是给出了数学公式，还会用生动的比喻来解释模式之间能量转换的过程，例如“两辆火车在轨道上相互影响”的比喻，让我一下子就明白了。书中对各种光波导器件的结构和工作原理的介绍，也如同“抽丝剥茧”一般，层层深入，让我们能够逐步理解其复杂性。我印象深刻的是书中关于“调制器”的讲解，它详细介绍了Mach-Zehnder调制器、Y-branch调制器等不同类型的调制器，以及它们在不同应用场景下的优缺点。这让我能够根据实际需求选择最合适的调制器。此外，书中对“波导损耗”的分析也非常透彻，它不仅列举了各种损耗的来源，还提出了具体的抑制方法，例如通过优化材料、改进加工工艺等。这让我对如何提高器件的性能有了更明确的思路。这本书让我感觉到，学习光波导知识也可以是一件有趣且富有启发的事情。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一个在光通信领域摸爬滚打多年的工程师而言，一本能够兼顾理论深度和工程实用性的技术书籍是难能可贵的。《光波导原理与器件（第2版）》恰恰满足了我的这种需求。我尤其欣赏作者在讲解复杂概念时所采用的类比和图示，使得抽象的物理过程变得生动易懂。例如，在解释光在波导中的约束机理时，书中不仅仅是给出数学公式，还会用“全反射”这一我们熟悉的物理现象来类比，让我们更容易理解光是如何被“困”在波导中的。书中对不同材料特性在光波导应用中的影响也进行了深入的探讨，例如讨论了硅基、铌酸锂、III-V族半导体等材料在光波导器件中的优势和局限性，这对于我们在选择 fabrication 工艺时具有重要的参考价值。我印象特别深刻的是书中关于光子晶体波导的章节，作者深入浅出地介绍了其独特的结构和超材料特性，以及在高性能滤波器、慢光效应等方面的应用潜力。这让我看到了光波导技术未来的广阔前景，也启发了我对新型功能器件的思考。此外，书中对一些先进的测量技术和表征方法的介绍，也让我受益匪浅，比如对插入损耗、回波损耗、偏振相关损耗等关键参数的测量方法，以及如何利用光谱仪、OTDR等仪器进行器件的性能评估。这本书的实践指导意义，远远超出了我的预期。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我曾一度对光波导器件的复杂结构感到畏惧，觉得它们是高深莫测的技术。《光波导原理与器件（第2版）》这本书，彻底改变了我的看法。作者用一种“化繁为简”的方式，将复杂的原理和器件设计变得清晰明了。我尤其喜欢书中关于“模式转换器”的讲解，它不仅解释了模式转换的原理，还展示了不同类型的模式转换器，例如聚焦型、宽带型等，以及它们在特定应用场景下的优势。这让我对如何实现不同模式之间的能量传递有了更深入的理解。书中对“光隔离器”和“光环形器”的原理和结构分析也让我印象深刻，它详细介绍了这些器件如何实现单向传输，以及它们在光通信系统中的重要作用。此外，书中对“波导的制造工艺”的介绍也非常详尽，它涵盖了光刻、刻蚀、沉积等关键工艺步骤，这让我对如何将理论设计转化为实际器件有了更直观的认识。这本书让我感觉到，光波导器件的设计和制造并非神秘莫测，而是可以通过系统学习和深入研究来掌握的。

评分☆☆☆☆☆

读完《光波导原理与器件（第2版）》，我最大的感受就是它的“实践指导性”。这本书不仅仅停留在理论层面，而是将理论知识与实际工程应用紧密结合。我特别喜欢书中关于“光纤耦合”的章节，它详细介绍了不同耦合方式的原理、效率以及影响因素，例如端面耦合、棱镜耦合、光栅耦合等。这对于我设计和优化光纤与波导的连接至关重要。书中对各种光波导器件的失效分析和可靠性评估也提供了宝贵的参考，让我能够更好地预估器件的寿命和性能稳定性。我印象特别深刻的是书中关于“波导损耗”的分析，它不仅列举了各种损耗的来源，还提出了具体的抑制方法，例如通过优化材料、改进加工工艺等。这让我对如何提高器件的性能有了更明确的思路。书中对新材料在光波导领域的应用也进行了介绍，例如氮化硅、有机材料等，这让我了解到光波导技术也在不断发展和创新。这本书不仅仅是知识的传递，更是经验的积累和技术的启迪，让我对光波导器件的设计和应用有了更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对光波导技术充满好奇的学习者，《光波导原理与器件（第2版）》为我打开了一扇通往新世界的大门。这本书的叙述方式非常“平易近人”，即使是初学者也能轻松理解。作者在讲解每一个概念时，都会先从宏观的原理入手，然后再逐步深入到细节，这种循序渐进的学习方式让我受益匪浅。我特别喜欢书中关于“色散”的讲解，它不仅解释了色散的原理，还详细分析了不同类型色散对信号传输的影响，以及如何通过设计来补偿色散。这对于理解光通信系统中的信号失真至关重要。书中对各种光波导器件的性能指标和评估方法也进行了详细的介绍，例如插入损耗、回波损耗、消光比等，这让我能够更好地理解和评价器件的性能。我印象深刻的是书中关于“非线性效应”的讲解，它不仅介绍了光波导中的非线性效应，还分析了其在光信号处理和光学变换等方面的应用。这让我对光波导技术的无限可能性有了更深刻的认识。这本书让我感觉到，光波导技术并非遥不可及，而是可以被理解和掌握的。

评分☆☆☆☆☆

当我开始接触到光波导器件的设计时，曾一度感到力不从心，感觉理论与实际之间似乎隔着一道难以逾越的鸿沟。而《光波导原理与器件（第2版）》的出现，如同为我点亮了一盏明灯，指引我前行的方向。这本书最打动我的地方在于其“理论支撑+工程实践”的结合。作者在讲解每一个基本原理时，都会紧接着阐述其在具体器件设计中的应用。例如，在讲解模式截止条件时，书中就详细分析了单模光纤的设计，以及如何通过控制纤芯直径和折射率差来避免高次模的产生，这对于我在设计通信系统中使用的光纤连接器时至关重要。书中对各种光波导器件的分类和介绍也极为细致，从无源器件如光栅耦合器、定向耦合器，到有源器件如调制器、开关，再到非线性器件，每一个类别的介绍都包含了其工作原理、关键参数、设计要点以及典型应用。我特别受益于其中关于调制器部分的讲解，书中对电光效应、热光效应等原理的阐述，以及不同类型调制器（如Mach-Zehnder调制器、Y-branch调制器）的结构特点和优缺点对比，为我理解和选择适合特定应用的调制器提供了坚实的理论基础。此外，书中关于光波导损耗的分析也非常透彻，从材料损耗、散射损耗到弯曲损耗，各种损耗的产生机理和抑制方法都得到了详尽的阐述，这对于提高器件的性能和实际应用至关重要。这本书让我不再畏惧器件的设计，而是充满信心去探索和创新。