9787030335319 半导体光放大器及其应用 科学出版社 黄德修,张新亮,黄黎蓉著 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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黄德修，张新亮，黄黎蓉著 著

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• 科学出版社
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• 张新亮
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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030335319

商品编码：29332858541

包装：精装

出版时间：2012-03-01

基本信息

书名：半导体光放大器及其应用

定价：78.00元

作者：黄德修,张新亮,黄黎蓉著

出版社：科学出版社

出版日期：2012-03-01

ISBN：9787030335319

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.722kg

编辑推荐

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内容提要

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　　半导体光放大器是一种处于粒子数反转条件下的半导体增益介质对外来光子产生受激辐射放大的光电子器件，和半导体激光器一样，是一种小体积、高效率、低功耗和具有与其他光电子器件集成能力的器件。尽管掺铒光纤放大器（EDFA）后来居上，在光纤通信中获得应用，但半导体光放大器在光纤通信网络中应用前景仍不容置疑。黄德修等编著的这本《半导体光放大器及其应用》共分9章，前4章介绍半导体光放大器的原理、器件结构、性能参数和可能产生的应用。第5章介绍半导体光放大器增益介质的不断改进和相应的性能改善，特别介绍低微量子材料的性能对半导体光放大器性能提高的影响。第6～8章分别阐述半导体光放大器在全光信号处理的几个不同方面的应用研究结果。第9章介绍半导体光放大器作为一个重要器件参与光电子集成的关键技术。《半导体光放大器及其应用》可供从事半导体光放大器研究和应用的研究生或工程技术人员参考。

目录

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序一
序二
前言
章 绪论
　1.1 半导体光放大器概述
　1.1.1 半导体光放大器的出现和发展
　1.1.2 光纤通信的需求拉动了半导体光放大器的发展
　1.1.3 半导体光放大器受到光纤放大器的严重挑战
　1.2 半导体光放大器的发展机遇
　1.3 半导体光放大器在光信号处理方面的应用
　参考文献
第2章 半导体光放大器的基本原理
　2.1 引言
　2.2 半导体物理基础概要
　2.3 光子态密度
　2.4 半导体增益介质粒子数反转条件与增益系数
　参考文献
第3章 半导体光放大器的性能
　3.1 引言
　3.2 半导体光放大器的增益特性
　3.3 半导体光放大器的噪声特性
　3.4 半导体光放大器的增益动力学
　参考文献
第4章 半导体光放大器主要制造工艺
　4.1 概述
　4.2 减少芯片端面剩余反射的影响
　4.3 半导体光放大器与光纤的耦合与封装
　参考文献
第5章 基于低维量子结构和应变效应的半导体光放大器
　5.1 低维量子结构
　5.1.1 超品格、量子阱、量子线和量子点的概念
　5.1.2 超品格、量子阱、量子线和量子点的制作
　5.1.3 量子短线
　5.2 应变效应
　5.2.1 压应变、张应变
　5.2.2 应变对能带结构和增益偏振相关性的影响
　5.3 增益偏振无关的SOA
　5.3.1 增益偏振无关的应变量子阱及超品格SOA
　5.3.2 增益偏振无关的张应变体材料SOA
　5.4 量子点SOA
　5.4.1 QD SOA的特点
　5.4.2 1.3μm和1.5μm的QD SOA
　5.5 量子短线SOA
　5.6 宽增益谱的QW SOA
　5.7 宽增益谱的QD SOA
　参考文献
第6章 SOA中非线.陸效应及理论分析模型
　6.1 SOA中的基本方程
　6.1.1 基本传输方程
　6.1.2 载流子速率方程
　6.1.3 非线性极化过程理论描述
　6.2 SOA中的非线性效应
　6.2.1 常用三种非线性效应过程
　6.2.2 超快非线性效应过程
　6.3 SOA的小信号分析解析模型
　6.3.1 Davies的小信号分析模型
　6.3.2 Mecozzi的模型
　6.3.3 Marcenac的模型
　6.4 SOA非线性应用理论分析模型及数值求解
　6.4.1 常用SOA应用的理论模型
　6.4.2 考虑端面反射和宽带ASE谱的SOA动态和静态分析模型求解
　6.5 SOA载流子恢复特性改善
　6.5.1 常规载流子恢复加速方案
　6.5.2 端面反射率对SOA动态特性的影响
　参考文献
第7章 基于SOA的全光波长转换
　7.1 概述
　7.2 交叉增益调制型全光波长转换器
　7.3 交叉相位调制型全光波长转换器
　7.4 FWM型全光波长转换器
　7.5 瞬态交叉相位调制型全光波长转换器
　7.5.1 增益恢复加快机理
　7.5.2 同相和反相波长转换的理论分析
　7.5.3 40Gbit/s同相和反相波长转换器的实验研究
　7.6 全光波长转换器中滤波过程的优化
　7.6.1 优化模型
　7.6.2 实验验证
　参考文献
第8章 SOA及波长转换器的典型应用
　8.1 基于SOA的全光逻辑门
　8.1.1 基于XGM效应的全光逻辑门
　8.1.2 基于XPM效应的全光逻辑门
　8.1.3 基于SOA中T-XPM效应及FWM效应的多功能全光逻辑门
　8.1.4 基于T-XPM效应的全光加法器
　8.1.5 基于延时干涉仪和SOA的全光小项
　8.2 基于SOA的全光码型转换
　8.2.1 基于XPM效应实现NRZ到RZ的码型转换
　8.2.2 基于SPM效应实现NRz到PRZ的码型转换和脉冲整形
　8.2.3 基于SOA和DI的全光码型转换
　8.2.4 基于SOA和DI的多信道再生型全光码型转换
　8.3 基于SOA的全光UWB信号产生
　8.3.1 基于SOA的XPM效应产生monocycle信号
　8.3.2 基于SOA的增益饱和特性产生monocycle信号
　8.3.3 利用XGM效应产生monocycle信号的改进方案
　8.3.4 基于SOA的超宽带doublet产生方案
　8.4 基于SOA的微波光子学滤波器
　8.4.1 基于ASE的单级高O微波光子学滤波器
　8.4.2 基于IIR和FIR的混合型级联滤波器方案
　8.4.3 基于两个IIR级联的高Q微波光子学滤波器
　8.5 SOA的其他方面应用概述
　8.6 SOA应用总结
　参考文献
第9章 光电集成中的SOA
　9.1 光电集成概述
　9.1.1 光电集成概念
　9.1.2 光电集成分类
　9.1.3 光电集成的技术拱战
　9.2 光电集成的典型制作工艺
　9.2.1 概述
　9.2.2 对接再生长
　9.2.3 选区外延生长
　9.2.4 量子阱混合
　9.2.5 键合
　9.3 光子集成中的光波导及其耦合
　9.3.1 光子集成中的光波导
　9.3.2 有源波导和无源波导之间的耦合
　9.4 SOA在光电集成中的应用概述
　9.5 旨在改善SOA性能的集成
　9.5.1 SOA和模斑转换器的集成
　9.5.2 增益钳制SOA
　9.5.3 多段式SOA
　9.6 多个SOA之间的集成
　9.6.1 SOA光开关阵列
　9.6.2 基于SOA集成的波长转换器
　9.7 SOA与半导体激光器的集成
　9.7.1 利用SOA线性放大作用提高LD的输出光功率
　9.7.2 SOA作为调制器，与LD集成构成调制光源
　9.7.3 SOA和LD集成应用在波长转换中
　9.7.4 SOA作为光开关，消除可调谐LD波长切换中的瞬态模式
　9.8 SOA与电吸收调制器的集成
　9.9 SOA与激光器、调制器的高功能集成
　9.10 SOA与超辐射发光管的集成
　9.11 SOA与光探测器的集成
　9.12 SOA与阵列波导光栅的集成
　9.13 SOA与微环谐振器的集成
　9.13.1 微环谐振器简介
　9.13.2 微环与SOA的集成
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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深入探索微观世界的奥秘：半导体光放大器及其前沿应用 在信息时代飞速发展的今天，光通信技术扮演着日益重要的角色，支撑着我们日常生活的方方面面，从高速互联网到全球通信网络，再到尖端科研领域。而在这场信息传输的革命中，半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifier, SOA）以其独特的优势，成为了推动光通信性能提升的关键技术之一。本书将带领读者深入剖析半导体光放大器的核心原理，全面审视其在各个领域的创新应用，展现这一微观世界的奇妙器件如何重塑我们连接世界的方式。 第一部分：半导体光放大器的基础理论与器件结构 要理解SOA的强大功能，首先需要对其内在的工作机制有深入的认识。本书将从量子力学和固体物理学的基础出发，详细阐述半导体材料中载流子的特性，以及它们如何与光子相互作用，实现光的放大。我们将探究激光器与放大器的区别，重点解析SOA的增益产生机制，包括受激辐射、吸收和自发辐射等过程。 接着，本书将详细介绍SOA的典型器件结构。从早期的PN结掺杂结构，到如今广泛应用的量子阱（Quantum Well, QW）、量子线（Quantum Wire, QWIRE）和量子点（Quantum Dot, QD）等先进结构，我们将逐一分析不同结构对SOA性能的影响。特别是量子阱结构，其二维载流子限制效应如何显著提高增益和降低噪声，我们将进行细致的讲解。此外，本书还将探讨光栅耦合器、脊形波导以及多层结构的优化设计，这些精巧的工程设计是如何实现高效的光注入和出射，以及抑制多余的损耗。 在理论层面，我们将深入探讨SOA的关键性能参数。包括： 小信号增益（Small-signal Gain）： 衡量放大器在弱信号输入下，能够将信号强度放大多少倍。我们将分析影响小信号增益的因素，如泵浦功率、阱层厚度、载流子密度以及注入载流子的能量分布等。 大信号增益（Large-signal Gain）与饱和效应： 随着输入信号强度的增加，SOA的增益会逐渐降低，直至达到饱和状态。本书将详细分析饱和增益的计算模型，以及如何通过优化结构和工作参数来抑制饱和效应，保证在强信号下也能获得稳定的放大效果。 增益带宽（Gain Bandwidth）： SOA能够有效放大的光信号频率范围。我们将探讨影响增益带宽的因素，如材料种类、阱层结构以及载流子动力学等，并介绍如何通过设计宽带SOA来满足不同通信波段的需求。 噪声系数（Noise Figure）： SOA在放大信号的同时，也会引入自身的噪声，这会影响信号的质量。本书将详细分析SOA的噪声来源，包括自发辐射放大（ASE）噪声、拍频噪声（Shot Noise）和热噪声等，并介绍降低噪声系数的策略，如优化结构设计、采用特殊增益材料等。 偏振相关损耗（Polarization Dependent Loss, PDL）与偏振相关增益（Polarization Dependent Gain, PDG）： SOA的增益和损耗可能随着输入光信号的偏振态而变化，这会对偏振复用等高级通信技术造成影响。本书将深入研究PDL和PDG的产生机理，并介绍抑制其影响的方法，如设计偏振无关的SOA结构。 交叉增益调制（Cross-Gain Modulation, XGM）与交叉相位调制（Cross-Phase Modulation, XPM）： 在多路复用系统中，一个通道的信号变化可能会影响到其他通道的增益和相位，这被称为XGM和XPM效应。本书将详细分析这些非线性效应的产生机理，以及它们在光开关、光复用等应用中的作用，并探讨如何减弱这些效应。 第二部分：半导体光放大器的前沿应用领域 SOA凭借其紧凑的体积、低功耗、易于集成以及可实现的光电信号转换等优势，已经在众多领域展现出强大的生命力。本书将聚焦SOA在以下几个关键前沿领域的创新应用： 1. 光通信网络中的核心组件： 光信号放大： 这是SOA最基础也是最重要的应用。在长距离光纤通信系统中，光信号在传输过程中会发生衰减，SOA能够有效地补偿这种衰减，延长信号传输距离，提高通信系统的容量和可靠性。本书将详细介绍SOA在各种光通信网络架构中的部署方式，如中继放大、前向纠错（FEC）配合放大以及光线路监控等。 光开关与调制器： SOA的非线性特性，特别是XGM效应，使其成为实现高速光开关和光调制器的理想选择。通过控制一个泵浦光信号的强弱，可以改变另一个信号的增益，从而实现信号的开关和信息编码。本书将深入探讨基于SOA的光逻辑门、光缓冲器以及各种高速光调制格式的实现原理。 光复用与解复用（WDM/DWDM）： 在密集波分复用（DWDM）系统中，SOA可以用于补偿不同波长信道的损耗，确保信号的均衡传输。同时，SOA的非线性效应还可以用于实现光复用和解复用，进一步提高频谱利用率。本书将介绍SOA在DWDM系统中的优化配置和性能提升策略。 光采样与时钟恢复： SOA的高速响应特性使其能够被用于高精度光采样和时钟恢复。在高速光通信系统中，精确的时钟信号对于信号的正确解调至关重要，SOA在这方面发挥着关键作用。 2. 光计算与光信息处理： 全光逻辑门与运算单元： 随着对信息处理速度需求的不断提高，光计算逐渐成为下一代计算技术的研究热点。SOA的非线性效应可以被用来构建全光逻辑门，实现二进制逻辑运算。本书将展示如何利用SOA构建各种基本逻辑门（AND, OR, XOR等），以及进一步构建更复杂的算术逻辑单元（ALU）和存储器。 光神经网络与机器学习： SOA的并行处理能力和低延迟特性，使其有望成为构建光学神经网络和实现光子机器学习的基础。本书将探讨SOA在加速神经网络训练、实现模式识别以及处理大规模数据方面的潜力。 光存储与重写： SOA的瞬态特性和可调增益，使其在光存储和数据重写方面也展现出应用前景。通过精巧的结构设计，可以利用SOA实现高密度、高速的光存储。 3. 传感、测量与成像领域： 高精度光纤传感器： SOA可以作为传感网络的信号放大器，提高传感信号的信噪比，从而实现对温度、压力、应变等物理量的更精确测量。本书将介绍SOA在分布式传感、干涉测量等领域的应用。 生物医学成像： SOA的高灵敏度和低噪声特性，使其在光学相干断层扫描（OCT）等生物医学成像技术中具有重要应用。它可以提高成像深度和分辨率，为疾病诊断提供更清晰的图像。 激光雷达（LiDAR）与测距： SOA可以用于提高激光雷达系统的探测灵敏度，扩展其探测范围，并支持更复杂的目标识别和环境感知。 4. 光电子集成与下一代通信技术： 硅光子集成： SOA与硅光子技术的结合，是实现高性能、低成本光电子集成电路的关键。本书将探讨如何将SOA集成到硅波导平台上，实现紧凑、高效的光源、调制器和放大器。 量子通信与量子计算： 在量子信息科学领域，SOA的超快响应和低噪声特性使其成为制备、操控和探测量子比特的潜在工具。本书将展望SOA在量子通信协议（如量子密钥分发）和量子计算原型机中的应用。 太赫兹（THz）波器件： SOA的载流子动力学特性也使其在探索太赫兹波的产生、探测和调控方面具有一定的应用潜力。 第三部分：SOA的设计、制造与未来展望 本书在深入探讨SOA理论和应用的同时，还将触及SOA的设计、制造和封装等实际工程问题。我们将介绍当前主流的SOA设计工具和仿真方法，以及半导体材料外延生长、器件光刻、刻蚀、金属化等关键制造工艺。同时，我们还将讨论SOA在实际应用中面临的挑战，例如热管理、可靠性、成本控制以及与其他光电子器件的集成等问题。 最后，本书将对半导体光放大器的未来发展趋势进行展望。随着材料科学、纳米技术和集成技术的发展，我们期待更加高效、多功能、低成本的SOA器件不断涌现。例如，量子点SOA有望实现更宽的增益带宽和更低的噪声；宽带SOA将满足未来更高密度光通信的需求；而与人工智能的结合，将可能催生出更智能化的光信号处理系统。 本书旨在为从事光电子学、通信工程、材料科学以及相关交叉学科的研究人员、工程师和学生提供一本全面、深入的学习资源。通过对半导体光放大器原理和应用的深入解读，我们希望能激发读者对这一微观世界奇妙器件的兴趣，并为未来的技术创新提供坚实的理论基础和前沿的视野。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，对于我这样的初入光电子技术领域的科研人员来说，无疑是一份宝贵的礼物。在日常工作中，我经常需要接触到与光信号处理相关的设备和技术，而半导体光放大器作为其中的关键组成部分，其性能的好坏直接影响到整个系统的效率和稳定性。我一直想找到一本能够系统性地介绍不同光放大器的工作原理、制造工艺以及性能优化方法的书籍。这本书的副标题“及其应用”更是抓住了我的痛点，我希望书中能够列举大量的实际案例，说明在不同应用领域（例如，海底光缆通信、数据中心互联、卫星通信等）中，如何根据具体需求来选择和设计合适的光放大器。我非常关注书中对于新型半导体光放大器的介绍，比如量子点光放大器、硅基光放大器等，这些是否已经在书中得到了详细的阐述？同时，关于光放大器的集成化和小型化发展趋势，书中是否也有相关的讨论和展望？

评分☆☆☆☆☆

对于从事光通信系统设计工作的我而言，选择合适的半导体光放大器是项目成功的关键之一。市场上的产品琳琅满目，但要真正理解它们的内在机制、性能差异以及最佳匹配方案，一本权威的书籍必不可少。《半导体光放大器及其应用》这个标题，直接击中了我的专业需求。我期待这本书能够深入探讨不同半导体材料（如InP、GaAs等）在制造光放大器时的特点，以及由此衍生的不同结构（如DFB-LA、SOA等）的优缺点。在应用层面，我非常希望能看到书中对光放大器在长距离、大容量光通信系统中的具体设计考量，包括如何优化增益平坦度、如何抑制噪声和串扰，以及如何与EDFA等其他放大器协同工作。此外，对于新兴的光网络架构，如WDM/DWDM系统，这本书是否能提供有关光放大器部署和管理的策略建议，这将极大地帮助我提升工作效率和系统性能。

评分☆☆☆☆☆

作为一名电子工程专业的学生，我一直渴望找到一本能够系统梳理半导体光放大器发展脉络并剖析其未来趋势的权威著作。读过一些零散的文献和教材，我对这个领域有了初步的了解，但总觉得缺乏一条清晰的主线。《半导体光放大器及其应用》这个书名本身就勾起了我的浓厚兴趣，它不仅点明了核心技术，还强调了其“应用”的重要性。我猜测这本书会从基础理论出发，逐步深入到各种实际应用场景，比如在长距离光通信中如何克服信号衰减，在光交换网络中如何实现信号的路由和增益，甚至在某些特殊的光谱应用中，光放大器又会展现出怎样的独特性能。我非常期待书中能够详细介绍不同类型光放大器的优势与劣势对比，以及它们在不同应用场景下的最佳选择策略。此外，对于光放大器性能的表征参数，如增益、噪声系数、饱和光功率等，书中是否能给出清晰的定义和测量方法，也让我颇为期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁大气，深邃的蓝色背景搭配书名和作者的金色字体，予人一种专业而严谨的视觉感受。我一直对光电技术的最新进展非常感兴趣，尤其是在通信和数据传输领域，半导体光放大器扮演着至关重要的角色。虽然我还没有来得及深入阅读本书的具体内容，但仅从其出版机构——科学出版社——以及作者的学术背景，我便对这本书的专业性和权威性充满了期待。科学出版社在国内科技图书出版领域享有盛誉，其出版的图书往往经过严格的审稿和编辑流程，内容扎实，学术价值高。而“黄德修、张新亮、黄黎蓉”这几位作者的名字，也让我联想到他们在半导体光电子领域的深厚造诣和丰富经验。我设想，这本书很可能涵盖了半导体光放大器的基本原理、不同类型的光放大器（如EDFA、SOA等）的结构与特性，以及它们在光纤通信系统、光网络、乃至某些前沿科学研究中的实际应用案例。我尤其好奇作者们会如何深入浅出地解释那些复杂的物理概念和工程实现细节，例如增益机制、噪声特性、非线性效应等。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对光存储和光传感技术充满好奇的业余爱好者，虽然我的专业背景并非光电子，但每当看到那些能够瞬间传输海量数据的光纤网络，或是能够精确测量微小变化的传感器，都让我惊叹于科技的魅力。《半导体光放大器及其应用》这本书名，在我的眼中，仿佛开启了一扇通往神秘光世界的大门。我设想，书中会用相对易懂的语言，为我这样的非专业读者解释半导体光放大器是如何工作的，它是如何在微观层面放大光信号的？我又想，书中会不会提及一些与光存储技术相关的应用，比如在某些高速光盘刻录或数据读取系统中，光放大器是否能够发挥作用？或者是在高灵敏度的光传感设备中，光放大器又扮演着怎样的角色？我希望能从这本书中，了解光放大器在提升数据传输速度、降低信号损耗方面的贡献，并窥探其在未来更多创新性应用中的潜力。