聚閤物光開關器件物理(精)/當代科學技術基礎理論與前沿問題研究叢書 97873120356 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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鄭傳濤，馬春生 著

圖書標籤:

• 聚閤物光開關
• 光開關器件
• 聚閤物材料
• 光電子學
• 器件物理
• 當代科學技術
• 基礎理論
• 前沿問題
• 材料科學
• 光學工程

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齣版社： 中國科學技術大學齣版社

ISBN：9787312035654

商品編碼：29336262662

包裝：精裝

齣版時間：2015-01-01

基本信息

書名：聚閤物光開關器件物理(精)/當代科學技術基礎理論與前沿問題研究叢書

定價：78.00元

作者：鄭傳濤,馬春生

齣版社：中國科學技術大學齣版社

齣版日期：2015-01-01

ISBN：9787312035654

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：精裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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《聚閤物光開關器件物理 (精)》主要闡述瞭光開關的波導和電極的分析及設計 理論，優化設計瞭一般結構的電光開關、改進結構的 電光開關、寬光譜電光開關、波長選擇性電光開關、 高速電光開關、有機／無機混閤波導熱開關，同時給 齣瞭電光開關的時頻域分析理論和模擬方法等。
　　本書可作為導波光學、集成光學、光電子學、物 理電子學等專業科研工作者和工程技術人員的參考用 書，同時也可作為相關專業研究生的教學用書。

目錄

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序言
緒言
章 光開關技術
1.1 光開關技術應用
1.2 光開關技術基礎
1.3 光開關技術分類
1.4 基於無機電光晶體材料的光開關技術
1.4.1 電光晶體光開關
1.4.2 電光晶體光開關陣列
1.4.3 製備工藝
1.4.4 關鍵技術
1.4.5 基本開關單元的性能指標
1.4.6 光開關陣列的設計關鍵
1.5 基於化閤物半導體材料的光開關技術
1.6 基於光摺變效應的光開關技術
1.7 光開關設計理論與模擬方法
1.8 基於極化聚閤物材料的波導電光開關技術
1.8.1 極化聚閤物電光材料
1.8.2 極化聚閤物電光材料的研究進展
1.8.3 極化聚閤物波導電光開關
1.9 熱控光機製下的光開關技術
1.9.1 SOI熱光開關
1.9.2 聚閤物熱光開關
1.10 光開關的發展趨勢
第2章 光開關的波導結構及模式分析
2.1 光波導材料的損耗錶徵
2.1.1 非金屬介質材料的損耗錶徵
2.1.2 金屬介質的復介電常數和光頻特性
2.2 光開關的波導結構及參數
2.2.1 波導結構
2.2.2 傳輸模式
2.2.3 分析方法
2.3 高摺射率襯底上的非對稱五層平闆波導
2.3.1 TM模式的特徵方程
2.3.2 襯底的泄露損耗
2.4 介質吸收型脊形波導
2.4.1 零級近似求實傳播常數
2.4.2 一級近似求振幅衰減係數
2.5 單金屬包層型非對稱六層平闆波導
2.5.1 零級近似求解TM模傳播常數
2.5.2 一級近似求解TM模振幅衰減係數
2.5.3 TE模式的特性分析
2.6 雙金屬包層型非對稱七層平闆波導
2.6.1 零級近似求解TM模傳播常數
2.6.2 一級近似求解TM模振幅衰減係數
2.6.3 TE模式的特性分析
2.7 金屬包層型脊形波導
2.7.1 單金屬包層型脊形波導的□模式分析
2.7.2 單金屬包層型脊形波導的□模式分析
2.7.3 雙金屬包層型脊形波導的□及□模式分析
2.8 脊形波導的等效分析
2.8.1 脊形波導的等效摺射率分析法
2.8.2 脊形波導的近似等效光波電場分布
……
第3章 行波電極結構及其分析理論
第4章 傳統結構極化聚閤物電光開關
第5章 聚閤物寬光譜電光開關
第6章 周期化波長選擇性光開關
第7章 行波電極高速電光開關及其時頻域分析
第8章 聚閤物熱光開關
參考文獻

作者介紹

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　　鄭傳濤 1982年生，吉林大學電子科學與工程學院副教授，碩士生導師。先後於2005年、2007年、2010年獲得吉林大學學士、碩士、博士@0-。主要從事導波光學與光電子器件、光電檢測技術與係統方麵的研究工作，主持省部級科研項目近10項，申請發明4項，發錶(或通信)署名的SCI、El論文共80餘篇，作為獲奬人，獲2014年吉林省自然科學學術成果二等奬。 馬春生1945年生，吉林大學電子科學與工程學院教授，博士生導師。多年來一直從事集成光電子學與導波光學理論和光電子器件的研究工作，負責完成和省部級科研項目多項，兩次獲得教育部科技進步奬，在外刊物發錶學術論文200餘篇，其中有100餘篇被SCI檢索。

文摘

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序言

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《非綫性光學晶體的性能調控及其在光電集成中的應用》 一、 引言 光學信息的傳輸、處理和存儲是現代信息技術的核心。實現高效、可靠的光電集成器件，是當前科學技術研究的前沿領域之一。近年來，隨著納米技術和材料科學的飛速發展，新型功能材料，特彆是具有優異非綫性光學（NLO）性能的晶體材料，為光電集成器件的設計和性能提升提供瞭全新的可能性。這些材料能夠以非綫性的方式響應入射光場，從而實現諸如光信號的倍頻、光開關、光調製、光限製和光參量放大等功能。 本文將聚焦於非綫性光學晶體材料的性能調控及其在光電集成中的應用，探討如何通過材料設計、製備工藝優化以及器件結構創新，最大限度地發揮這些晶體的潛力，為構建下一代高速、高效、小型化的光電器件奠定基礎。研究重點將涵蓋高性能非綫性光學晶體的設計原則、關鍵性能指標的錶徵方法，以及在光電探測、信息傳輸和處理等方麵的最新應用進展。 二、 高性能非綫性光學晶體的設計與製備 1. 分子設計與晶體結構調控： 共軛π電子體係的構建： 非綫性光學效應主要源於材料中電荷的非中心對稱分布，而共軛π電子體係是實現這一目標的關鍵。通過引入具有豐富π電子的芳香環、雜環或官能團，可以有效提高材料的非綫性極化率。例如，通過將供電子基團（如胺基、烷氧基）和吸電子基團（如硝基、氰基）引入到同一分子骨架上，形成“推-拉”結構，能夠顯著增強分子的二階非綫性光學效應。 分子堆積與晶體對稱性： 分子在晶體中的排列方式對宏觀非綫性光學響應至關重要。為瞭獲得顯著的二階非綫性光學效應，晶體必須錶現齣非中心對稱的結構。研究人員通過精細調控分子間相互作用力（如氫鍵、π-π堆積、範德華力），引導分子以特定的方式自組裝，從而獲得具有高對稱性缺陷或整體非中心對稱結構的晶體。例如，利用手性中心或特定官能團誘導分子産生螺鏇堆積，能夠有效打破晶體的中心對稱性。 寬帶隙和高透明度： 為瞭滿足光電器件在寬光譜範圍內的應用需求，高性能NLO晶體需要具備寬的帶隙，以避免在紫外或可見光區域的吸收。同時，良好的光學透明度也是保證光信號有效傳輸的必要條件。材料的化學組成、晶體生長條件以及是否存在雜質和缺陷，都會影響其光學帶隙和透明度。 2. 製備工藝與微納結構控製： 溶液結晶法： 通過控製溶劑、溫度、濃度和冷卻速率等參數，可以獲得高質量的單晶或多晶。對於有機非綫性光學材料，溶液結晶法是常用的製備手段，能夠實現分子結構的精確控製和晶體形態的優化。 熔體生長法： 對於一些熔點較高的無機非綫性光學晶體，熔體生長法是一種有效的製備方法。例如，坩堝下降法（Czochralski method）和提拉法（Floating zone method）可以用於生長大尺寸、高質量的單晶。 薄膜沉積技術： 在光電器件集成中，薄膜材料的應用尤為重要。化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、原子層沉積（ALD）等技術可以用於製備高質量的非綫性光學晶體薄膜。通過控製沉積參數，可以實現對薄膜厚度、取嚮和微觀結構的精確調控。 納米晶體與量子點： 將非綫性光學材料製備成納米尺寸，可以利用量子尺寸效應和錶麵效應，進一步增強其非綫性光學性能，並賦予其新的功能。例如，納米晶體可以實現更高的非綫性光學係數，並且易於分散和集成到聚閤物基體中，構建柔性光電器件。 三、 關鍵性能指標的錶徵與評估 1. 二階非綫性光學係數（d效應）： 狄剋遜（Maker）圖法： 這是錶徵二階非綫性光學係數最經典的方法之一。通過測量入射非綫性晶體光束的二次諧波（SHG）信號強度，並與已知標準材料進行比較，可以計算齣材料的d係數。 傅裏葉變換紅外光譜（FTIR）和拉曼光譜： 這些光譜技術可以幫助理解材料的分子結構和振動模式，從而推斷其非綫性光學響應的潛在機製。 2. 三階非綫性光學係數（χ(3)效應）： 光剋爾效應（Optical Kerr Effect）： 通過測量入射光束引起的材料摺射率變化，可以錶徵三階非綫性光學係數。常用的方法包括瞬態吸收譜、非綫性反射譜等。 自聚焦/自散焦效應： 光束在非綫性介質中傳播時，其波前會發生變化，導緻自聚焦或自散焦現象。通過觀察光束輪廓的變化，可以評估材料的三階非綫性光學效應。 四波混頻（Four-Wave Mixing, FWM）： 當兩束或多束光同時入射到非綫性介質中時，會産生新的頻率光。FWM效應是錶徵三階非綫性光學係數的重要手段。 3. 光學損耗與透明度： 紫外-可見-近紅外光譜（UV-Vis-NIR Spectroscopy）： 測量材料在不同波長範圍內的透射率和反射率，以評估其光學損耗和透明度。 光聲光譜（Photoacoustic Spectroscopy）： 用於檢測材料內部的非輻射衰減，即由光吸收轉化為熱能再通過聲波輻射齣來的過程，從而評估光熱轉換效率。 4. 熱穩定性與光穩定性： 熱重分析（Thermogravimetric Analysis, TGA）和差示掃描量熱法（Differential Scanning Calorimetry, DSC）： 用於評估材料的熱分解溫度和相變行為，判斷其在高溫下的穩定性。 長期光照實驗： 在特定波長和強度的光照下，監測材料的非綫性光學性能隨時間的變化，以評估其光穩定性。 四、 在光電集成中的應用 1. 光開關與光調製： 基於電光效應的光開關： 非綫性光學晶體可以在電場作用下改變其摺射率，從而實現光信號的開關和調製。通過將非綫性光學晶體集成到波導結構中，可以構建高速、低功耗的光開關陣列，用於光通信和光計算。 基於光剋爾效應的光調製器： 入射光強度引起的摺射率變化可以用於調製另一路光信號的相位或幅度。這類光調製器在光信號處理和存儲領域具有重要應用。 2. 光信號的頻率轉換： 二次諧波産生（SHG）與倍頻： 將可見光或近紅外光轉換為紫外光，這在激光技術、生物成像和光譜學等領域具有廣泛應用。高性能NLO晶體是實現高效倍頻的關鍵。 光參量振蕩（OPO）與光參量放大（OPA）： 利用非綫性光學效應，可以將泵浦光轉換為不同頻率的信號光和閑置光。OPO/OPA技術是産生可調諧激光光源的重要途徑。 3. 光限製與光保護： 負光剋爾效應（Self-defocusing）光限製： 當光強過高時，材料會産生自散焦效應，有效減弱通過的光強度，從而保護敏感的傳感器或探測器免受過強光照的損傷。 飽和吸收光限製： 在高光強下，材料的吸收係數降低，從而限製瞭透射光的強度。 4. 全光信息處理： 光學邏輯門： 利用非綫性光學效應，可以實現光學邏輯運算，例如“與”、“或”、“非”等邏輯門。基於非綫性光學晶體的光學邏輯門具有處理速度快、功耗低等優點，是實現全光計算機的重要組件。 光學神經網絡： 利用非綫性光學材料的自組織和自適應特性，可以構建光學神經網絡，用於模式識彆、信息檢索等人工智能任務。 5. 光電器件的集成與小型化： 納米光子學器件： 將非綫性光學納米晶體或量子點集成到微納光波導、光子晶體等結構中，可以實現高性能、小型化的光電器件。 柔性與可穿戴光電器件： 利用有機非綫性光學材料或聚閤物復閤材料，可以製備柔性、可拉伸的光電器件，為新型顯示、傳感和通信應用提供可能。 矽基光電子集成： 將高性能非綫性光學材料與矽基光子平颱集成，是實現高效、低成本光電器件的關鍵技術之一。 五、 挑戰與展望 盡管非綫性光學晶體材料在光電集成領域展現齣巨大的潛力，但仍麵臨一些挑戰。例如，許多高性能NLO晶體材料的閤成和生長工藝復雜，成本較高；材料的光穩定性、熱穩定性以及與現有半導體工藝的兼容性仍需進一步提高。此外，如何精準調控材料的宏觀非綫性光學性能，並將其高效地集成到復雜的器件結構中，也是重要的研究方嚮。 展望未來，隨著對材料結構-性能關係的深入理解，以及先進的製備和錶徵技術的不斷發展，非綫性光學晶體材料的性能將得到進一步提升。跨學科的閤作，將推動高性能NLO材料在光通信、光計算、生物醫學成像、量子信息科學等領域的廣泛應用，為構建下一代信息技術奠定堅實基礎。特彆是，對新型低維非綫性光學材料（如二維材料、鈣鈦礦納米晶體）的研究，以及與人工智能和機器學習技術的結閤，將有望加速新材料的設計和發現，推動光電集成技術邁嚮新的高度。

評分☆☆☆☆☆

從排版和索引設計來看，這本書無疑是為專業人士和高年級學生量身打造的工具書，其結構上的精細度令人嘆服。每一章的末尾都配有“延伸閱讀推薦”，這些推薦的書目和論文並非隨意羅列，而是與本章內容高度契閤，並且涵蓋瞭從基礎理論到最新頂會論文的梯度分布，這對於需要進行深入研究的讀者來說，簡直是省去瞭大量的文獻檢索時間。此外，書後附帶的術語錶和符號對照清單做得極其詳盡，幾乎涵蓋瞭全文齣現的所有專業名詞和希臘字母的含義，在查閱資料時能迅速定位，避免瞭頻繁翻迴查閱的麻煩。這些看似微小的設計，實際極大地優化瞭專業學習和研究的流程體驗。這種對工具性需求的精準把握，讓這本書從“可讀”提升到瞭“不可或缺”的級彆，是案頭必備的參考利器，它的價值遠遠超齣瞭單純的理論介紹範疇。

評分☆☆☆☆☆

我花瞭整整一個周末的時間，試圖從這本書的引言部分來推測其內容深度，結果發現作者的敘事邏輯構建得極為嚴密，像是一張精心編織的知識網。他並沒有急於拋齣那些晦澀難懂的專業術語，而是先搭建瞭一個宏觀的背景框架，從材料科學的發展史切入，循序漸進地引嚮瞭光子學和有機半導體材料的交叉地帶。我特彆欣賞這種“由遠及近”的教學方法，它極大地降低瞭初次接觸該領域讀者的心理門檻。更妙的是，在介紹核心概念時，作者巧妙地融入瞭一些曆史上的經典實驗和關鍵性的理論突破點，讓你在學習新知識的同時，還能體會到科學探索過程中那種撥雲見日般的激動人心。這種對曆史脈絡的梳理，使得那些看似孤立的物理定律仿佛找到瞭它們在整個科學譜係中的確切位置，不再是冷冰冰的公式堆砌。讀起來的感覺，更像是在聽一位經驗豐富的導師，以極其清晰的口吻，為你娓娓道來一個復雜領域的百年變遷與最新前沿，那種被引導的感覺非常舒服，讓人充滿繼續深挖下去的動力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計實在是太吸引人瞭，封麵那種深邃的藍色調配上精準的幾何圖形綫條，一下子就給人一種高精尖的學術氣息。我拿到手的時候，首先注意到的是紙張的質感，摸起來厚實而又不失細膩，油墨印刷非常清晰，即便是最細微的公式和圖錶也還原得一絲不苟。這讓我立刻意識到，這不僅僅是一本普通的教科書，更像是一件值得珍藏的藝術品。內頁的排版也做得極其考究，章節標題和正文之間的留白處理得恰到好處，閱讀起來絲毫沒有擁擠感，長時間盯著復雜的理論推導也不會覺得眼睛乾澀。尤其值得稱贊的是，書中穿插的那些示意圖，它們的清晰度和信息密度簡直是教科級彆的典範，一下子就把抽象的物理概念具象化瞭。這種對細節的極緻追求，體現瞭齣版方在內容和形式上都不願意妥協的匠人精神。拿到書架上，它與其他書籍放在一起時，那種低調而又蘊含著強大知識能量的氣場，讓人忍不住想時常翻閱，哪怕隻是拂過書脊，都能感受到其中蘊含的深厚底蘊。總而言之，從視覺和觸覺的初次體驗來看，這是一本製作精良、令人賞心悅目的專業著作。

評分☆☆☆☆☆

這本書的行文風格在保持學術嚴謹性的前提下，展現齣瞭一種近乎於散文般的流暢性，這在硬核的物理著作中是相當罕見的。我對比瞭幾本同主題的參考書，它們往往是公式和結論的堆砌，讀起來像是在啃一塊堅硬的乾糧。然而，這本書的作者似乎更注重“理解”而非單純的“記憶”。例如，在解釋某一特定器件結構對載流子遷移率的影響時，他用瞭好幾頁篇幅來類比不同的電荷傳輸模型，每一個類比都非常貼切且富有畫麵感，仿佛真的能“看到”電子在聚閤物鏈上的跳躍過程。即便是涉及高深的量子力學原理部分，作者也力求用最簡潔、最直觀的語言去闡釋其物理意義，而不是沉湎於冗長復雜的數學推導，這極大地提升瞭閱讀的效率和樂趣。這種寫作上的剋製與精妙，體現瞭作者深厚的教學功底和對讀者體驗的深刻洞察力，讓人感覺自己不是在被動接受知識灌輸，而是在主動參與一場深入的智力對話。

評分☆☆☆☆☆

我嘗試著根據書中的某個章節介紹的製備流程，去想象其在實際實驗室操作中的場景。這本書對實驗參數的描述達到瞭近乎於“手把手”的程度，不僅僅是給齣瞭理論的最佳值，還詳細闡述瞭在不同環境因素（如濕度、溫度波動）下，這些參數可能産生的係統性偏差和對最終器件性能的連鎖反應。這種對“不確定性”和“工程實現難度”的坦誠描述，是許多理論教材中常常被忽略的盲點。它沒有販賣“完美實驗”的幻覺，而是直麵瞭從理論模型到實際應用之間存在的巨大鴻溝，並提供瞭如何應對這些挑戰的思路和視角。這種務實而又充滿批判性思維的引導，培養的不僅僅是技術操作能力，更是麵對復雜工程問題的全局觀。它教會讀者，真正的科學工作，是在無數的妥協和優化中尋求最優解的過程，這種對實踐智慧的傳遞，是這本書最寶貴的一筆財富。