9787030200440 平面单片集成声光波导光开关 科学出版社 朱京平 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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朱京平 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030200440

商品编码：29561464887

包装：平装

出版时间：2008-02-01

基本信息

书名：平面单片集成声光波导光开关

定价：32.00元

作者：朱京平

出版社：科学出版社

出版日期：2008-02-01

ISBN：9787030200440

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.322kg

编辑推荐

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本书主要介绍了光波导短程透镜射线光学传输理论与消像差透镜设计、声光互作用理论及数值模拟分析、扩散平板光波导传输特性与等效阶跃平板光波导模型、基于微透镜机构的单模光纤-芯片耦合机制、平面单片集成声光波导光开关设计与实现等内容，可供光电子技术、光通信技术领域的科研人员、工程技术人员以及相关专业的教师、研究生、高年级本科生等参考阅读，对于从事集成光波导器件研究、模拟、设计及开发的人员，亦有所帮助。

内容提要

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本书主要论述了新型集成声光波导光开关理论及关键技术问题。全书共分6章。章对光开关外发展现状和存在问题进行了分析；第2章至第5章分别就声光开关的基本机构单元有关的理论及设计问题进行了研究，其中，第2章讨论短程透镜，第3章研究声光互作用，第4章着重研究扩散平板光波导，第5章专门讨论光纤与乎板光波导耦合；第6章就整体开关的结构设计、指标确定及1×4开关的实现进行了研究。书中每章后有小节，便于把握全章。
本书可供光电子技术、光通信技术领域的科研人员、工程技术人员以及相关专业的教师、研究生、高年级本科生等参考阅读，对于从事集成光波导器件研究、模拟、设计及开发的人员，亦有所帮助。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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光波导技术：微纳世界的精密操控 光波导技术，作为现代光电子学和通信领域的核心驱动力之一，正以前所未有的速度渗透到科学研究、信息传输、传感探测以及日常生活中的方方面面。它如同微观世界中的精密管道，引导着光信号的传播、转向和调制，为信息时代的飞速发展奠定了坚实的基础。本着深入探索这一前沿领域的宗旨，我们聚焦于光波导技术在实现高效、集成化光信号操控方面的关键进展。 一、 光波导的基本原理与结构 光波导，顾名思义，是一种能够引导光线传播的介质结构。其基本原理基于全内反射。一个典型的光波导由核心区和包层区构成，核心区材料的折射率高于包层区。当光线以小于临界角的角度进入核心区时，它会在核心与包层界面发生全内反射，从而被限制在核心区内沿着光波导传播，如同水流被管道引导一般。 根据结构形式，光波导可大致分为平面光波导和光纤光波导。光纤光波导以其灵活的连接性和广泛的应用范围而著称，是长距离通信和光纤传感的基石。而平面光波导，则将光波导的传播路径集成在二维平面上，为构建高度集成的光路器件提供了可能。 平面光波导的材料选择至关重要。硅基材料，特别是二氧化硅（SiO2）和氮化硅（SiN）等，凭借其成熟的微电子加工工艺、良好的光学性能和较高的折射率对比度，成为平面光波导器件的主流选择。此外，聚合物、铌酸锂（LiNbO3）等材料也在特定应用领域展现出独特的优势。 在结构上，平面光波导可以实现多种形态。最常见的包括条形波导（strip waveguide）和脊形波导（ridge waveguide）。条形波导的核心区完全暴露于空气或较低折射率的介质中，具有较高的折射率对比度，有利于实现紧凑的器件设计。脊形波导则在核心区上方保留了一层较低折射率的覆盖层，提高了器件的稳定性，并可根据需求调节模式场分布。更复杂的结构，如沟槽波导（channel waveguide）和定向耦合器（directional coupler）等，则进一步拓展了光波导器件的功能。 二、 光波导器件的核心功能：开关与耦合 光波导技术的核心应用之一在于实现对光信号的精确控制，其中，光开关和光耦合器扮演着至关重要的角色。 光开关 (Optical Switch)：光开关是实现光路选择和信号路由的基础。在一个光网络中，光开关可以根据需要将特定的光信号导向不同的输出端口，从而实现数据包的动态分配和信息流的管理。早期主要依赖于机械式开关，但其速度慢、可靠性低，难以满足高速通信的需求。 电光效应（electro-optic effect）是实现电控光开关的关键。某些材料，如铌酸锂（LiNbO3），在施加电场时其折射率会发生改变。利用这一特性，可以将电信号转化为控制光信号传播路径的手段。例如，在Mach-Zehnder干涉仪（MZI）型光开关中，光信号被分成两路，分别经过施加不同电场强度（从而改变折射率）的臂。当两臂的相位差累积到特定值时，通过干涉效应，光信号会选择性地输出到某一个端口，从而实现开关功能。 热光效应（thermo-optic effect）也是一种常用的光开关实现方式。材料的折射率随温度变化而变化。通过加热光波导的特定区域，可以改变该区域的折射率，进而影响光信号的传播。相比于电光效应，热光效应的响应速度较慢，但其对材料的要求相对较低，易于实现。 除了MZI型开关，定向耦合器型开关也具有重要的应用。通过改变耦合器的耦合长度或耦合强度，可以控制光信号在两个耦合波导之间的传输比例，从而实现信号的“通”与“断”。 光耦合器 (Optical Coupler)：光耦合器是将来自一个或多个输入端口的光信号按一定比例分配到输出端口的器件。定向耦合器是最为常见的耦合器类型，它由两个或多个平行排列并相互靠近的光波导组成。当光信号在其中一个波导中传播时，由于近场耦合效应，一部分光能量会传输到相邻的波导中。耦合的比例取决于波导的几何参数（如间距、长度、宽度）以及材料的折射率。 定向耦合器的关键参数是耦合长度，即需要多长的波导才能将输入光完全耦合到另一个波导。一个典型的四分之一耦合长度（π/2）可以实现50%的光信号耦合，这对于构建分束器（beam splitter）或某些类型的光调制器至关重要。 三、 声光耦合：引入声波的控制维度 在平面光波导器件中，引入声波作为控制信号，可以赋予光波导全新的功能和更精细的操控能力。声光耦合（acousto-optic coupling）正是利用声波与光波之间的相互作用来实现对光信号的调制和控制。 声波作为一种机械振动，在传播过程中会引起介质的形变，从而改变介质的折射率。这种折射率的周期性变化，可以被视为一个移动的光栅。当光波通过这个周期性变化的介质时，会发生衍射。通过精确控制声波的频率、振幅和相位，就可以控制衍射光的角度、强度甚至频率。 在平面光波导器件中，声光耦合的实现通常是通过在光波导表面或附近集成一个声波换能器（如压电陶瓷）。当在换能器上施加电信号时，它会产生声波，声波在光波导介质中传播。这种声波引起的折射率变化可以影响光波导中光场的分布和传播。 声光调制器 (Acousto-Optic Modulator, AOM)：利用声光耦合效应，可以实现对光信号的强度、相位或频率进行调制。例如，通过控制声波的强度，可以改变光波导中折射率变化的幅度，从而改变光信号的强度。通过改变声波的频率，可以改变衍射光的角度，这在某些光谱分析和光栅扫描应用中具有重要意义。 声光开关 (Acousto-Optic Switch)：声波还可以被用来激活或关闭光波导的传播路径。例如，通过在特定位置产生强烈的声波，可以改变该区域的光波导模式。如果该模式的能量损耗较大，或者与期望的传播模式不匹配，就可以起到“关闭”光路的作用。反之，特定模式的声波激活，也可以引导光信号向特定方向传播，实现“开启”功能。 四、 集成化与单片化：面向未来的发展趋势 将多种光学功能集成到单个芯片上，实现“单片集成”，是当前光波导技术发展的重要方向。这种集成化的光路芯片，也被称为光子集成电路（Photonic Integrated Circuit, PIC）。与传统的离散光学元件相比，PIC具有体积小、功耗低、性能稳定、易于大规模制造等显著优势。 单片集成化的光波导器件，可以将光源（如激光器）、调制器、开关、耦合器、探测器等多种功能模块集成在同一块衬底上。这不仅极大地简化了系统的结构，降低了装配成本，还能够提高系统的整体性能和可靠性，为高性能计算、光通信、生物传感和自动驾驶等领域提供了强大的技术支撑。 平面单片集成声光波导光开关正是这一发展趋势的体现。它将声光耦合的原理与平面光波导的集成化设计相结合，旨在实现一种在单一芯片上，通过声波来精确控制光信号开关的器件。这种器件有望克服传统电光和热光开关在速度、功耗或集成度方面的局限，为实现超高速、低功耗的光信号路由和处理提供新的解决方案。 未来的展望 随着对光与物质相互作用理解的不断深入，以及微纳加工技术的持续进步，光波导技术必将迎来更加辉煌的未来。从更高效的光信号传输，到更强大的光计算能力，再到更灵敏的光学传感器，光波导技术正以前所未有的力量，塑造着我们的科技世界。平面单片集成声光波导光开关作为其中一个重要的分支，其发展将为下一代信息技术的突破性进展贡献关键力量。

评分☆☆☆☆☆

最近在浏览一些光学相关的文献，无意中看到了这本书的介绍，立刻被它的标题所吸引。我是一名光电工程专业的学生，平时对光波导和光开关的研究很感兴趣，但总是觉得现有的技术在集成度和控制方式上还有很大的提升空间。这本书提到的“平面单片集成声光波导光开关”听起来就像是解决我这些困惑的答案。我特别关注“声光”这个结合点，因为传统的电光开关虽然成熟，但在某些应用场景下存在响应速度不够快、功耗较大等问题。而声光效应，利用声波在介质中的传播来调制光的特性，似乎能提供一种全新的控制思路，尤其是“集成”的提法，意味着它可能在芯片层面实现高密度的器件阵列，这对于构建更强大的光计算平台或者高速光交换网络具有极其重要的意义。科学出版社的出品，质量是信得过的。我猜想书中会详细阐述声光材料的选择、器件的设计原理、制备工艺以及性能测试等方面的内容，希望能看到一些具体的实验数据和理论推导，这将对我个人的科研方向有很大的启发。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对新兴技术充满好奇心的普通读者，我对这本书的标题《平面单片集成声光波导光开关》感到既新奇又有些敬畏。虽然“声光波导”和“单片集成”这些词汇对我来说有些专业，但“光开关”这个概念我还是有所了解的，它在通信、数据处理等领域扮演着关键角色。我很好奇，利用声音来控制光，这听起来就像是科幻小说中的情节，但这本书的存在证明了这已是现实。科学出版社向来以出版高质量的科普和学术书籍著称，所以即使内容再深入，我也相信它会以一种严谨而不失趣味的方式呈现。我个人对微纳器件的制造工艺非常感兴趣，这本书是否会涉及相关的技术细节，比如如何在一个微小的芯片上构建出能够精确控制光信号的结构，这让我十分期待。而且，这种集成化的技术，很可能预示着未来电子设备体积更小、功能更强。我希望这本书能让我对这一前沿领域有一个初步的、清晰的认识，哪怕只是理解其基本原理和潜在应用，也会是一次非常有价值的阅读体验。

评分☆☆☆☆☆

最近对微电子和光电子交叉领域的研究产生了浓厚的兴趣，偶然间在网络上看到了这本书的信息。不得不说，“平面单片集成声光波导光开关”这个标题本身就充满了技术挑战和前沿气息。作为一个技术爱好者，我最关心的是这类新型器件的实际应用前景和技术突破点。声光效应的运用，是否能够克服传统电光调制的一些瓶颈？“平面单片集成”又意味着怎样的工艺难度和性能提升？科学出版社出版的学术著作，在严谨性上是毋庸置疑的。我猜测书中会深入探讨声光材料的特性、微纳结构的设计、以及集成化制造过程中可能遇到的关键问题和解决方案。尤其对于“波导光开关”这个具体应用，如何通过声波的精确控制实现光信号的高速、低损耗切换，这其中的物理机制和工程细节，是我非常期待能够了解的。这本书或许能为我提供一个深入了解这一前沿技术领域的窗口，让我对其潜在的社会和经济效益有一个更宏观的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常简洁大气，一看就是学术专著的风格。虽然我对其中的技术细节可能理解不深，但从标题“平面单片集成声光波导光开关”就能感受到其前沿性和专业性。科学出版社的出版物一直以来都享有很高的声誉，相信这本书在内容上一定经过了严格的审校和打磨。我尤其好奇“声光波导”这个概念，它似乎是将声学和光学两种物理现象结合起来，在微观尺度上实现对光信号的控制。这种跨学科的融合本身就极具吸引力，不禁让人联想到未来在光通信、光计算等领域可能带来的颠覆性变革。书名中的“平面单片集成”也暗示了其高度的集成化和小型化优势，这对于提高设备的性能、降低成本以及实现更复杂的系统功能至关重要。朱京平教授作为作者，其在相关领域的深厚积累是毋庸置疑的，他的研究成果往往能引领行业发展方向。我期待这本书能够深入浅出地解读这一复杂技术，即使对于非专业人士，也能从中窥见科学的魅力和未来的可能性。或许它会成为我了解下一代光器件技术的重要启蒙读物。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对光学器件的未来发展非常关注的业余爱好者，平时会阅读一些相关的科技新闻和科普文章。当我在书店看到这本书的目录，特别是“平面单片集成声光波导光开关”这个标题时，立刻被它所蕴含的创新性所吸引。我一直在关注着光通信和光计算领域的发展，而“集成化”和“新型控制方式”一直是该领域的重要发展趋势。声光效应在很多年前就有所耳闻，但将其应用于平面单片集成的光开关，这无疑是一个巨大的技术飞跃。科学出版社的出版物，尤其是朱京平教授的著作，通常代表着该领域的最高水平。我推测这本书会详细介绍声光波导的基本原理，例如如何利用声波在光波导中产生衍射或折射效应来改变光的传播路径，以及如何通过微纳加工技术将这些器件集成在单芯片上，实现高密度、高性能的光信号路由和交换。这本书的出现，或许能为我解答许多关于下一代光学信息处理技术的疑问，并让我更深入地理解其背后的科学逻辑和工程实现。