聚合物光开关器件物理(精)/当代科学技术基础理论与前沿问题研究丛书 97873120356 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郑传涛，马春生 著

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出版社： 中国科学技术大学出版社

ISBN：9787312035654

商品编码：29336262662

包装：精装

出版时间：2015-01-01

基本信息

书名：聚合物光开关器件物理(精)/当代科学技术基础理论与前沿问题研究丛书

定价：78.00元

作者：郑传涛,马春生

出版社：中国科学技术大学出版社

出版日期：2015-01-01

ISBN：9787312035654

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《聚合物光开关器件物理 (精)》主要阐述了光开关的波导和电极的分析及设计 理论，优化设计了一般结构的电光开关、改进结构的 电光开关、宽光谱电光开关、波长选择性电光开关、 高速电光开关、有机／无机混合波导热开关，同时给 出了电光开关的时频域分析理论和模拟方法等。
　　本书可作为导波光学、集成光学、光电子学、物 理电子学等专业科研工作者和工程技术人员的参考用 书，同时也可作为相关专业研究生的教学用书。

目录

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序言
绪言
章 光开关技术
1.1 光开关技术应用
1.2 光开关技术基础
1.3 光开关技术分类
1.4 基于无机电光晶体材料的光开关技术
1.4.1 电光晶体光开关
1.4.2 电光晶体光开关阵列
1.4.3 制备工艺
1.4.4 关键技术
1.4.5 基本开关单元的性能指标
1.4.6 光开关阵列的设计关键
1.5 基于化合物半导体材料的光开关技术
1.6 基于光折变效应的光开关技术
1.7 光开关设计理论与模拟方法
1.8 基于极化聚合物材料的波导电光开关技术
1.8.1 极化聚合物电光材料
1.8.2 极化聚合物电光材料的研究进展
1.8.3 极化聚合物波导电光开关
1.9 热控光机制下的光开关技术
1.9.1 SOI热光开关
1.9.2 聚合物热光开关
1.10 光开关的发展趋势
第2章 光开关的波导结构及模式分析
2.1 光波导材料的损耗表征
2.1.1 非金属介质材料的损耗表征
2.1.2 金属介质的复介电常数和光频特性
2.2 光开关的波导结构及参数
2.2.1 波导结构
2.2.2 传输模式
2.2.3 分析方法
2.3 高折射率衬底上的非对称五层平板波导
2.3.1 TM模式的特征方程
2.3.2 衬底的泄露损耗
2.4 介质吸收型脊形波导
2.4.1 零级近似求实传播常数
2.4.2 一级近似求振幅衰减系数
2.5 单金属包层型非对称六层平板波导
2.5.1 零级近似求解TM模传播常数
2.5.2 一级近似求解TM模振幅衰减系数
2.5.3 TE模式的特性分析
2.6 双金属包层型非对称七层平板波导
2.6.1 零级近似求解TM模传播常数
2.6.2 一级近似求解TM模振幅衰减系数
2.6.3 TE模式的特性分析
2.7 金属包层型脊形波导
2.7.1 单金属包层型脊形波导的□模式分析
2.7.2 单金属包层型脊形波导的□模式分析
2.7.3 双金属包层型脊形波导的□及□模式分析
2.8 脊形波导的等效分析
2.8.1 脊形波导的等效折射率分析法
2.8.2 脊形波导的近似等效光波电场分布
……
第3章 行波电极结构及其分析理论
第4章 传统结构极化聚合物电光开关
第5章 聚合物宽光谱电光开关
第6章 周期化波长选择性光开关
第7章 行波电极高速电光开关及其时频域分析
第8章 聚合物热光开关
参考文献

作者介绍

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　　郑传涛 1982年生，吉林大学电子科学与工程学院副教授，硕士生导师。先后于2005年、2007年、2010年获得吉林大学学士、硕士、博士@0-。主要从事导波光学与光电子器件、光电检测技术与系统方面的研究工作，主持省部级科研项目近10项，申请发明4项，发表(或通信)署名的SCI、El论文共80余篇，作为获奖人，获2014年吉林省自然科学学术成果二等奖。 马春生1945年生，吉林大学电子科学与工程学院教授，博士生导师。多年来一直从事集成光电子学与导波光学理论和光电子器件的研究工作，负责完成和省部级科研项目多项，两次获得教育部科技进步奖，在外刊物发表学术论文200余篇，其中有100余篇被SCI检索。

文摘

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序言

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《非线性光学晶体的性能调控及其在光电集成中的应用》 一、 引言 光学信息的传输、处理和存储是现代信息技术的核心。实现高效、可靠的光电集成器件，是当前科学技术研究的前沿领域之一。近年来，随着纳米技术和材料科学的飞速发展，新型功能材料，特别是具有优异非线性光学（NLO）性能的晶体材料，为光电集成器件的设计和性能提升提供了全新的可能性。这些材料能够以非线性的方式响应入射光场，从而实现诸如光信号的倍频、光开关、光调制、光限制和光参量放大等功能。 本文将聚焦于非线性光学晶体材料的性能调控及其在光电集成中的应用，探讨如何通过材料设计、制备工艺优化以及器件结构创新，最大限度地发挥这些晶体的潜力，为构建下一代高速、高效、小型化的光电器件奠定基础。研究重点将涵盖高性能非线性光学晶体的设计原则、关键性能指标的表征方法，以及在光电探测、信息传输和处理等方面的最新应用进展。 二、 高性能非线性光学晶体的设计与制备 1. 分子设计与晶体结构调控： 共轭π电子体系的构建： 非线性光学效应主要源于材料中电荷的非中心对称分布，而共轭π电子体系是实现这一目标的关键。通过引入具有丰富π电子的芳香环、杂环或官能团，可以有效提高材料的非线性极化率。例如，通过将供电子基团（如胺基、烷氧基）和吸电子基团（如硝基、氰基）引入到同一分子骨架上，形成“推-拉”结构，能够显著增强分子的二阶非线性光学效应。 分子堆积与晶体对称性： 分子在晶体中的排列方式对宏观非线性光学响应至关重要。为了获得显著的二阶非线性光学效应，晶体必须表现出非中心对称的结构。研究人员通过精细调控分子间相互作用力（如氢键、π-π堆积、范德华力），引导分子以特定的方式自组装，从而获得具有高对称性缺陷或整体非中心对称结构的晶体。例如，利用手性中心或特定官能团诱导分子产生螺旋堆积，能够有效打破晶体的中心对称性。 宽带隙和高透明度： 为了满足光电器件在宽光谱范围内的应用需求，高性能NLO晶体需要具备宽的带隙，以避免在紫外或可见光区域的吸收。同时，良好的光学透明度也是保证光信号有效传输的必要条件。材料的化学组成、晶体生长条件以及是否存在杂质和缺陷，都会影响其光学带隙和透明度。 2. 制备工艺与微纳结构控制： 溶液结晶法： 通过控制溶剂、温度、浓度和冷却速率等参数，可以获得高质量的单晶或多晶。对于有机非线性光学材料，溶液结晶法是常用的制备手段，能够实现分子结构的精确控制和晶体形态的优化。 熔体生长法： 对于一些熔点较高的无机非线性光学晶体，熔体生长法是一种有效的制备方法。例如，坩埚下降法（Czochralski method）和提拉法（Floating zone method）可以用于生长大尺寸、高质量的单晶。 薄膜沉积技术： 在光电器件集成中，薄膜材料的应用尤为重要。化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、原子层沉积（ALD）等技术可以用于制备高质量的非线性光学晶体薄膜。通过控制沉积参数，可以实现对薄膜厚度、取向和微观结构的精确调控。 纳米晶体与量子点： 将非线性光学材料制备成纳米尺寸，可以利用量子尺寸效应和表面效应，进一步增强其非线性光学性能，并赋予其新的功能。例如，纳米晶体可以实现更高的非线性光学系数，并且易于分散和集成到聚合物基体中，构建柔性光电器件。 三、 关键性能指标的表征与评估 1. 二阶非线性光学系数（d效应）： 狄克逊（Maker）图法： 这是表征二阶非线性光学系数最经典的方法之一。通过测量入射非线性晶体光束的二次谐波（SHG）信号强度，并与已知标准材料进行比较，可以计算出材料的d系数。 傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱： 这些光谱技术可以帮助理解材料的分子结构和振动模式，从而推断其非线性光学响应的潜在机制。 2. 三阶非线性光学系数（χ(3)效应）： 光克尔效应（Optical Kerr Effect）： 通过测量入射光束引起的材料折射率变化，可以表征三阶非线性光学系数。常用的方法包括瞬态吸收谱、非线性反射谱等。 自聚焦/自散焦效应： 光束在非线性介质中传播时，其波前会发生变化，导致自聚焦或自散焦现象。通过观察光束轮廓的变化，可以评估材料的三阶非线性光学效应。 四波混频（Four-Wave Mixing, FWM）： 当两束或多束光同时入射到非线性介质中时，会产生新的频率光。FWM效应是表征三阶非线性光学系数的重要手段。 3. 光学损耗与透明度： 紫外-可见-近红外光谱（UV-Vis-NIR Spectroscopy）： 测量材料在不同波长范围内的透射率和反射率，以评估其光学损耗和透明度。 光声光谱（Photoacoustic Spectroscopy）： 用于检测材料内部的非辐射衰减，即由光吸收转化为热能再通过声波辐射出来的过程，从而评估光热转换效率。 4. 热稳定性与光稳定性： 热重分析（Thermogravimetric Analysis, TGA）和差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC）： 用于评估材料的热分解温度和相变行为，判断其在高温下的稳定性。 长期光照实验： 在特定波长和强度的光照下，监测材料的非线性光学性能随时间的变化，以评估其光稳定性。 四、 在光电集成中的应用 1. 光开关与光调制： 基于电光效应的光开关： 非线性光学晶体可以在电场作用下改变其折射率，从而实现光信号的开关和调制。通过将非线性光学晶体集成到波导结构中，可以构建高速、低功耗的光开关阵列，用于光通信和光计算。 基于光克尔效应的光调制器： 入射光强度引起的折射率变化可以用于调制另一路光信号的相位或幅度。这类光调制器在光信号处理和存储领域具有重要应用。 2. 光信号的频率转换： 二次谐波产生（SHG）与倍频： 将可见光或近红外光转换为紫外光，这在激光技术、生物成像和光谱学等领域具有广泛应用。高性能NLO晶体是实现高效倍频的关键。 光参量振荡（OPO）与光参量放大（OPA）： 利用非线性光学效应，可以将泵浦光转换为不同频率的信号光和闲置光。OPO/OPA技术是产生可调谐激光光源的重要途径。 3. 光限制与光保护： 负光克尔效应（Self-defocusing）光限制： 当光强过高时，材料会产生自散焦效应，有效减弱通过的光强度，从而保护敏感的传感器或探测器免受过强光照的损伤。 饱和吸收光限制： 在高光强下，材料的吸收系数降低，从而限制了透射光的强度。 4. 全光信息处理： 光学逻辑门： 利用非线性光学效应，可以实现光学逻辑运算，例如“与”、“或”、“非”等逻辑门。基于非线性光学晶体的光学逻辑门具有处理速度快、功耗低等优点，是实现全光计算机的重要组件。 光学神经网络： 利用非线性光学材料的自组织和自适应特性，可以构建光学神经网络，用于模式识别、信息检索等人工智能任务。 5. 光电器件的集成与小型化： 纳米光子学器件： 将非线性光学纳米晶体或量子点集成到微纳光波导、光子晶体等结构中，可以实现高性能、小型化的光电器件。 柔性与可穿戴光电器件： 利用有机非线性光学材料或聚合物复合材料，可以制备柔性、可拉伸的光电器件，为新型显示、传感和通信应用提供可能。 硅基光电子集成： 将高性能非线性光学材料与硅基光子平台集成，是实现高效、低成本光电器件的关键技术之一。 五、 挑战与展望 尽管非线性光学晶体材料在光电集成领域展现出巨大的潜力，但仍面临一些挑战。例如，许多高性能NLO晶体材料的合成和生长工艺复杂，成本较高；材料的光稳定性、热稳定性以及与现有半导体工艺的兼容性仍需进一步提高。此外，如何精准调控材料的宏观非线性光学性能，并将其高效地集成到复杂的器件结构中，也是重要的研究方向。 展望未来，随着对材料结构-性能关系的深入理解，以及先进的制备和表征技术的不断发展，非线性光学晶体材料的性能将得到进一步提升。跨学科的合作，将推动高性能NLO材料在光通信、光计算、生物医学成像、量子信息科学等领域的广泛应用，为构建下一代信息技术奠定坚实基础。特别是，对新型低维非线性光学材料（如二维材料、钙钛矿纳米晶体）的研究，以及与人工智能和机器学习技术的结合，将有望加速新材料的设计和发现，推动光电集成技术迈向新的高度。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格在保持学术严谨性的前提下，展现出了一种近乎于散文般的流畅性，这在硬核的物理著作中是相当罕见的。我对比了几本同主题的参考书，它们往往是公式和结论的堆砌，读起来像是在啃一块坚硬的干粮。然而，这本书的作者似乎更注重“理解”而非单纯的“记忆”。例如，在解释某一特定器件结构对载流子迁移率的影响时，他用了好几页篇幅来类比不同的电荷传输模型，每一个类比都非常贴切且富有画面感，仿佛真的能“看到”电子在聚合物链上的跳跃过程。即便是涉及高深的量子力学原理部分，作者也力求用最简洁、最直观的语言去阐释其物理意义，而不是沉湎于冗长复杂的数学推导，这极大地提升了阅读的效率和乐趣。这种写作上的克制与精妙，体现了作者深厚的教学功底和对读者体验的深刻洞察力，让人感觉自己不是在被动接受知识灌输，而是在主动参与一场深入的智力对话。

评分☆☆☆☆☆

我花了整整一个周末的时间，试图从这本书的引言部分来推测其内容深度，结果发现作者的叙事逻辑构建得极为严密，像是一张精心编织的知识网。他并没有急于抛出那些晦涩难懂的专业术语，而是先搭建了一个宏观的背景框架，从材料科学的发展史切入，循序渐进地引向了光子学和有机半导体材料的交叉地带。我特别欣赏这种“由远及近”的教学方法，它极大地降低了初次接触该领域读者的心理门槛。更妙的是，在介绍核心概念时，作者巧妙地融入了一些历史上的经典实验和关键性的理论突破点，让你在学习新知识的同时，还能体会到科学探索过程中那种拨云见日般的激动人心。这种对历史脉络的梳理，使得那些看似孤立的物理定律仿佛找到了它们在整个科学谱系中的确切位置，不再是冷冰冰的公式堆砌。读起来的感觉，更像是在听一位经验丰富的导师，以极其清晰的口吻，为你娓娓道来一个复杂领域的百年变迁与最新前沿，那种被引导的感觉非常舒服，让人充满继续深挖下去的动力。

评分☆☆☆☆☆

从排版和索引设计来看，这本书无疑是为专业人士和高年级学生量身打造的工具书，其结构上的精细度令人叹服。每一章的末尾都配有“延伸阅读推荐”，这些推荐的书目和论文并非随意罗列，而是与本章内容高度契合，并且涵盖了从基础理论到最新顶会论文的梯度分布，这对于需要进行深入研究的读者来说，简直是省去了大量的文献检索时间。此外，书后附带的术语表和符号对照清单做得极其详尽，几乎涵盖了全文出现的所有专业名词和希腊字母的含义，在查阅资料时能迅速定位，避免了频繁翻回查阅的麻烦。这些看似微小的设计，实际极大地优化了专业学习和研究的流程体验。这种对工具性需求的精准把握，让这本书从“可读”提升到了“不可或缺”的级别，是案头必备的参考利器，它的价值远远超出了单纯的理论介绍范畴。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计实在是太吸引人了，封面那种深邃的蓝色调配上精准的几何图形线条，一下子就给人一种高精尖的学术气息。我拿到手的时候，首先注意到的是纸张的质感，摸起来厚实而又不失细腻，油墨印刷非常清晰，即便是最细微的公式和图表也还原得一丝不苟。这让我立刻意识到，这不仅仅是一本普通的教科书，更像是一件值得珍藏的艺术品。内页的排版也做得极其考究，章节标题和正文之间的留白处理得恰到好处，阅读起来丝毫没有拥挤感，长时间盯着复杂的理论推导也不会觉得眼睛干涩。尤其值得称赞的是，书中穿插的那些示意图，它们的清晰度和信息密度简直是教科级别的典范，一下子就把抽象的物理概念具象化了。这种对细节的极致追求，体现了出版方在内容和形式上都不愿意妥协的匠人精神。拿到书架上，它与其他书籍放在一起时，那种低调而又蕴含着强大知识能量的气场，让人忍不住想时常翻阅，哪怕只是拂过书脊，都能感受到其中蕴含的深厚底蕴。总而言之，从视觉和触觉的初次体验来看，这是一本制作精良、令人赏心悦目的专业著作。

评分☆☆☆☆☆

我尝试着根据书中的某个章节介绍的制备流程，去想象其在实际实验室操作中的场景。这本书对实验参数的描述达到了近乎于“手把手”的程度，不仅仅是给出了理论的最佳值，还详细阐述了在不同环境因素（如湿度、温度波动）下，这些参数可能产生的系统性偏差和对最终器件性能的连锁反应。这种对“不确定性”和“工程实现难度”的坦诚描述，是许多理论教材中常常被忽略的盲点。它没有贩卖“完美实验”的幻觉，而是直面了从理论模型到实际应用之间存在的巨大鸿沟，并提供了如何应对这些挑战的思路和视角。这种务实而又充满批判性思维的引导，培养的不仅仅是技术操作能力，更是面对复杂工程问题的全局观。它教会读者，真正的科学工作，是在无数的妥协和优化中寻求最优解的过程，这种对实践智慧的传递，是这本书最宝贵的一笔财富。