通信光电子器件与系统的测量及仿真 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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赵同刚等 著

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• 光通信
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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030260970

商品编码：29681737009

包装：平装

出版时间：2017-07-01

基本信息

书名：通信光电子器件与系统的测量及仿真

定价：45.00元

作者：赵同刚等

出版社：科学出版社

出版日期：2017-07-01

ISBN：9787030260970

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.581kg

编辑推荐

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导语_点评_推荐词

内容提要

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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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《光电集成回路基础》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的光电集成回路（Photonic Integrated Circuits, PICs）的学习框架，涵盖了从基本原理到前沿应用的各个方面。本书的定位是为从事光电子学、通信工程、微电子学以及相关交叉学科的研究人员、工程师和高年级本科生、研究生提供一本系统性的参考书。我们将光学、电子学和材料科学的知识融会贯通，重点解析如何将这些领域的关键技术集成到单一的芯片平台上，从而实现高性能、低功耗、小型化的光电器件和系统。 第一章：光电集成回路概述 本章将首先介绍光电集成回路的概念、发展历程及其重要性。我们将探讨PICs的核心优势，例如尺寸小、功耗低、集成度高、传输速度快以及潜在的制造成本优势，并与分立式光电器件进行对比分析。随后，我们将概述PICs的主要应用领域，包括但不限于高速光通信、数据中心互连、生物传感、医疗诊断、雷达系统以及量子计算等。最后，本章将简要介绍PICs的主要技术路线和制造工艺，为后续章节的学习打下基础。 第二章：集成光波导理论与设计 本章将深入探讨集成光波导（Integrated Optical Waveguides）的理论基础。我们将详细介绍光在波导中的传播机制，包括模式分析、色散、损耗（散射损耗、吸收损耗、弯曲损耗）以及非线性效应。我们将详细阐述不同类型的波导结构，如脊形波导、埋藏波导、脊埋波导等，并分析其各自的优缺点和适用场景。随后，本章将重点介绍波导的设计原则和仿真工具。我们将学习如何利用商业软件（如Lumerical MODE, COMSOL Multiphysics）进行波导的模式求解、损耗计算和参数优化。设计示例将贯穿本章，展示如何根据具体应用需求设计出高性能的光波导。 第三章：集成光电子器件原理与模型 本章将聚焦于构成PICs的核心光电子器件。我们将详细介绍各种关键器件的物理原理、结构特点和性能参数。 集成光源： 重点关注半导体激光器（如DFB激光器、VCSELs）和集成硅基光源（如利用Ⅲ-Ⅴ族材料外延生长在硅上的激光器）。我们将讨论激光器的能带结构、激射机理、增益特性、线宽、输出功率等。 集成调制器： 详细阐述电光调制器（如Mach-Zehnder干涉仪调制器、电吸收调制器）和热光调制器的基本原理。我们将分析调制器的调制速率、消光比、插入损耗、驱动电压等关键性能指标。 集成探测器： 介绍PN结探测器、PIN探测器、雪崩光电二极管（APD）以及更先进的单光子探测器（SPDs）的工作原理。我们将讨论探测器的量子效率、响应速率、暗电流、噪声等参数。 其他关键器件： 包括集成光开关、光隔离器、光分束器、合路器、耦合器等。我们将解释这些器件的光学功能和集成方式。 本章还将引入各种器件的简化模型和等效电路模型，为后续的系统级仿真提供基础。 第四章：常用集成光子平台与材料 本章将系统介绍当前主流的集成光子平台及其优劣势，并深入探讨关键材料的特性。 硅光子（Silicon Photonics）： 详细介绍硅基PICs的优势，包括成熟的CMOS工艺兼容性、高折射率对比度带来的小尺寸器件、以及与电子器件的集成潜力。我们将讨论硅基波导、硅基调制器（如SOI）、硅基探测器（如Ge/Si或GeSbTe）等。 氮化硅（SiN）平台： 介绍氮化硅平台具有更低的损耗、更宽的传输窗口（覆盖可见光到红外）、以及更高的耐受功率，非常适合构建无源光学网络和高功率应用。 Ⅲ-Ⅴ族平台（如InP, GaAs）： 重点讨论这些材料平台在构建高效光源和高速探测器方面的不可替代性，以及实现全功能PICs的可能性。 混合集成平台： 探讨将不同材料和工艺优势结合的策略，例如将InP光源键合或集成到硅基平台上，实现“异质集成”。 本章将对比不同平台的损耗、带宽、工艺复杂度、成本以及应用领域，帮助读者选择合适的平台。 第五章：光电集成回路的设计流程与工具 本章将详细阐述从概念设计到最终芯片实现的完整PICs设计流程。 需求分析与规格定义： 如何根据应用需求确定PICs的关键性能指标。 电路设计与仿真： 介绍使用专业的PICs设计软件（如Lumerical INTERCONNECT, Cadence Virtuoso, Synopsys OptoDesigner）进行电路级仿真。我们将学习如何构建包含光源、波导、调制器、探测器等器件的仿真电路，并进行系统性能分析。 版图设计与验证： 介绍如何将仿真电路转化为实际的版图，并进行设计规则检查（DRC）、版图与原理图一致性检查（LVS）等。 工艺选择与器件库： 讨论不同代工厂（Foundry）的工艺流程和可用的器件库。 设计挑战与优化： 探讨在设计过程中可能遇到的挑战，如工艺偏差、器件互连损耗、热效应等，并介绍相应的优化策略。 第六章：光电集成回路的制造与封装 本章将深入探讨PICs的制造工艺和封装技术。 光刻与蚀刻： 介绍在PICs制造中常用的光刻技术（如深紫外光刻、电子束光刻）和干法/湿法蚀刻技术，以实现精确的波导和器件结构。 外延生长与掺杂： 讨论在III-V族和硅基平台上实现光源和高性能器件所必需的外延生长和掺杂工艺。 金属化与互连： 介绍用于器件电学互连和芯片间连接的金属化工艺。 封装技术： 详细阐述PICs的封装对于实现其最终性能至关重要。我们将讨论光纤耦合、电学接口、热管理、可靠性测试等关键环节。介绍不同的封装方案，如COB（Chip-on-Board）、WLP（Wafer-Level Packaging）等。 第七章：光电集成回路的测试与表征 本章将详细介绍PICs制造完成后的测试与表征方法。 光学性能测试： 介绍如何测量波导损耗、器件的插入损耗、反射损耗、耦合效率、器件的响应曲线（如调制器的消光比、探测器的响应度）等。 电学性能测试： 介绍如何测量器件的驱动电压、带宽、阻抗匹配等。 系统级测试： 探讨如何将多个器件集成起来进行系统级性能评估，如光通信系统的误码率（BER）测试、数据传输速率测试等。 失效分析与可靠性测试： 介绍PICs的失效模式及其分析方法，以及进行可靠性测试（如温度循环、湿度测试）的必要性。 第八章：光电集成回路的应用实例与前沿进展 本章将通过具体的应用案例，展示PICs的强大实力，并展望未来的发展趋势。 数据中心光互连： 详细介绍PICs在400G/800G/1.6T数据中心光模块中的应用，包括多通道共封装光学（Co-Packaged Optics, CPO）方案。 高速光通信系统： 介绍PICs在骨干网、城域网等光通信系统中的应用，如相干光通信模块。 光计算与量子信息： 探讨PICs在构建光学神经网络、量子比特和量子门阵列方面的潜力。 生物医疗传感： 展示PICs在微流控、基因测序、疾病诊断等领域的应用。 未来趋势： 展望PICs在更高集成度、更低功耗、更宽波段、更智能化的方向发展，如通用异质集成平台、AI驱动的设计等。 本书力求通过理论讲解、模型分析、设计流程、制造工艺和应用案例的有机结合，为读者构建一个扎实的PICs知识体系，使其能够理解、设计、分析和应用光电集成回路技术，为未来的光电信息技术发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于工具和方法的描述，达到了令人称奇的详尽程度。对于习惯于依赖软件进行光系统设计和分析的现代工程师来说，单纯的理论知识已经远远不够，如何有效地利用仿真软件，并确保仿真结果的可靠性，是至关重要的技能。我发现书中对几种主流仿真平台的接口和脚本操作进行了非常详尽的介绍，甚至涉及到了如何编写自定义算法来模拟特定光纤的非理想特性。这种对“如何操作”的关注，使得这本书的实用价值超越了一般的参考书。它不仅仅告诉你“应该”怎么做，更清晰地展示了“如何能”做到。对于希望快速掌握特定测试流程或者构建精确仿真模型的读者来说，这些操作层面的细节提供了极大的便利，节省了大量摸索时间。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，更像是一次与一位经验丰富的技术导师并肩工作的经历。行文风格非常严谨，学术性毋庸置疑，但奇怪的是，它并不让人感到枯燥或晦涩难懂。这种平衡的艺术，或许源于作者在不同知识层面间自如切换的能力。当你需要深入理解某个器件的非线性特性时，它会毫不含糊地给出详细的数学模型；但当你感到疲惫时，翻到后续章节，它又会用非常直观的语言，结合实际的实验案例，来解释为何某个参数的微小变化会导致系统性能的巨大波动。特别是书中对误差分析的讨论部分，作者深入剖析了不同测试设备引入的系统误差来源，并给出了如何通过校准手段来最小化这些影响的具体建议，这在许多理论教材中是极少被详述的“隐性知识”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我留下了极其深刻的印象，那种深邃的蓝色调和金属质感的字体搭配，仿佛立刻就能将人带入到高精尖的光电实验室之中。内页的排版也相当考究，图文并茂的布局，使得即便是初次接触这个领域的读者，也能感受到一种清晰、专业的氛围。尤其欣赏的是，作者在某些复杂概念的阐释上，采用了大量的示意图和流程图，这极大地降低了理解难度。例如，在介绍新型调制器的原理时，不仅仅是文字描述，还辅以了清晰的物理模型图，让我这个非专业背景的读者也能大致把握其核心工作机制。纸张的质感也很好，翻阅起来非常舒适，不会有廉价感，这在一定程度上提升了阅读体验，让人愿意花更多的时间沉浸其中。整体而言，从装帧设计到内页布局，都透露出一种对细节的极致追求，这无疑是专业技术书籍中难得的优点，体现了出版方和作者对知识传播的认真态度。

评分☆☆☆☆☆

这本书在知识体系的构建上，展现出一种宏大的视野和扎实的根基。它并没有将光电子器件和系统测量视为两个独立的部分，而是将它们置于一个完整的工程闭环中进行讨论。初读时，我被其对基础光物理的精到概括所吸引，作者对半导体激光器、光电探测器等核心元件的工作原理梳理得清晰流畅。然而，真正的价值在于后续章节，即如何将这些“完美”的理论元件放到一个受限的、充满现实问题的系统中去进行有效的“测量”和“调优”。这种前后呼应的结构，让读者能深刻体会到理论与实践之间存在的巨大鸿沟，以及如何通过科学的测量手段去弥合它。它成功地建立了一种“器件决定性能上限，测量决定性能下限”的工程哲学观，对培养系统级工程师的思维至关重要。

评分☆☆☆☆☆

我最近正在系统性地梳理光通信的基础理论，翻阅了市面上几本相关的教材和专著，但坦白说，很多书籍在理论深度和工程实践的衔接上总有脱节感。这本书的结构安排显得非常务实，它似乎不是停留在纯粹的物理学公式推导，而是更注重这些理论如何转化为实际可操作的测试流程和设计优化方案。我特别关注了其中关于“系统级性能评估”那一章节，它没有空泛地谈论指标，而是非常具体地列举了在不同噪声环境下，如何选取合适的评估标准，以及如何利用仿真工具来预判实际链路中的抖动和色散效应。这种将理论与测试、仿真紧密结合的叙事方式，对于希望从“知道原理”迈向“解决问题”的工程师来说，简直是福音。它提供了一种从设计到验证的完整思维框架，而不是孤立地看待器件或系统中的某一个模块。