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黄德修，张新亮，黄黎蓉著 著

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• 集成光学
• 放大器设计
• 通信工程
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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030335319

商品编码：29621901350

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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作者介绍

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文摘

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序言

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《半导体光放大器及其应用》 前言 在信息爆炸的时代，光通信作为信息传输的基石，其发展速度和技术革新从未停歇。作为光通信网络中不可或缺的核心器件之一，半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifier, SOA）以其独特的优势，在提高信号传输距离、实现网络功能以及拓展通信带宽等方面扮演着至关重要的角色。本书旨在深入探讨半导体光放大器的基本原理、关键技术、设计制造以及在现代光通信系统中的广泛应用，为相关领域的科研人员、工程师和学生提供一份详实的技术参考。 第一章：光放大器的基本概念与发展历程 在进入半导体光放大器这一具体领域之前，首先需要建立对光放大器整体的认知。本章将从基础的光放大原理出发，介绍光放大器的定义、分类以及其在光通信中的核心作用。我们将回顾光放大技术的发展历程，从早期的掺铒光纤放大器（EDFA）的出现及其革命性影响，到其他类型光放大器的不断涌现，最终引出半导体光放大器作为一种重要分支的地位。我们将对比不同类型光放大器的优缺点，阐述SOA在某些特定场景下的不可替代性，为后续章节深入探讨SOA奠定坚实的基础。 第二章：半导体光放大器的基本原理 本章将聚焦于半导体光放大器（SOA）的核心工作机制。我们将从半导体材料的能带理论入手，详细解释增益的产生过程。通过深入剖析粒子数反转、受激辐射以及自发辐射等关键物理过程，揭示SOA如何实现对输入光信号的放大。我们将介绍SOA的典型结构，包括增益介质（如InGaAsP/InP、AlGaAs/GaAs等材料系）、注入区、出射区以及反射涂层或分布式布拉格反射器（DBR）等组成部分。此外，本章还将探讨影响SOA性能的关键参数，例如增益系数、饱和光功率、噪声系数、放大带宽以及偏振相关损耗等，并分析这些参数之间的相互关系。 第三章：SOA的结构设计与增益机制 在本章中，我们将进一步深入探讨SOA的结构设计和优化。我们将详细介绍不同类型的SOA结构，包括直波导SOA（SOA-WG）、分布式反馈SOA（DFB-SOA）、以及多通道SOA等。针对每种结构，我们将分析其设计理念、制造工艺以及各自的优劣势。重点将放在增益机制的进一步细化上，包括载流子动力学、光增益的频率依赖性、以及如何通过材料选择和结构设计来优化增益谱和增益平坦度。本章还将触及ASE（Amplified Spontaneous Emission）噪声的产生机理及其对信号质量的影响，并介绍抑制ASE的方法，例如通过优化结构参数或使用窄带滤波器。 第四章：SOA的制造工艺与材料选择 高质量的SOA离不开先进的制造工艺和合适的材料选择。本章将详细阐述SOA的典型制造流程，包括外延生长、光刻、刻蚀、掺杂、金属化以及封装等关键步骤。我们将重点介绍在不同材料体系（如InP基、GaAs基）下，用于制造SOA的特种半导体材料的特性，以及它们如何影响SOA的性能指标，如增益、饱和功率、噪声特性和工作波长。此外，本章还将讨论制造过程中的一些关键挑战，例如缺陷控制、表面形貌优化、以及如何实现高性能器件的大规模生产。 第五章：SOA的性能优化与关键技术 为了满足日益增长的光通信需求，持续对SOA进行性能优化至关重要。本章将深入探讨提高SOA性能的关键技术。我们将讨论如何通过优化注入电流密度、器件长度、增益材料厚度以及表面减反射涂层等参数来最大化增益，同时抑制ASE。本章还将重点介绍提高SOA饱和光功率的技术，包括采用宽光谱增益材料、优化载流子分布以及设计多段增益区等。此外，偏振无关SOA（Polarization-Insensitive SOA）的设计和实现是另一个重要议题，我们将探讨多种解决方案，例如使用非对称量子阱、多层结构或集成偏振分离器/合并器等。 第六章：SOA在光通信网络中的应用 本章将是本书的核心应用部分，详细阐述SOA在现代光通信网络中的广泛应用。我们将从基础的信号放大应用出发，介绍SOA如何作为中继放大器，有效延长光信号的传输距离，克服光纤损耗。随后，我们将深入探讨SOA在实现网络功能方面的独特优势。 信号再生与整形： SOA可以用于将衰减的光信号进行放大，恢复其原始强度。更重要的是，SOA的非线性特性可以被用来实现信号的再生和整形，例如通过其“记忆效应”或与外部腔耦合来实现对信号的再生。 波长转换： SOA的四波混频（Four-Wave Mixing, FWM）效应是实现波长转换的重要机制。本章将详细介绍基于FWM的SOA波长转换原理，以及其在动态波长分配和网络重构中的应用。 光开关与调制器： SOA的增益可以被外部光信号或电信号控制，从而实现高速光开关和调制功能。我们将探讨基于SOA的交叉连接（cross-connect）和多播（multicast）应用，以及它们在灵活网络中的作用。 多通道复用： 随着通信需求的不断增长，多通道复用技术变得尤为重要。本章将介绍SOA在波分复用（WDM）和时分复用（TDM）系统中的作用，包括作为放大器、波长选择开关以及在光分组交换中的应用。 光分组交换： 在分组交换网络中，SOA可以用于实现高速、无阻塞的光分组交换，提高网络效率。我们将探讨SOA在光分组路由、存储和转发等方面的应用。 接入网和城域网： SOA在降低成本和提高性能方面，在接入网和城域网中也展现出巨大的潜力，例如作为无源光网络（PON）中的放大器或在光纤到户（FTTH）解决方案中的应用。 第七章：SOA与EDFA的比较及协同应用 尽管SOA在许多方面表现出色，但与成熟的掺铒光纤放大器（EDFA）相比，它们各有优势。本章将对SOA和EDFA进行详细的比较分析，从增益、带宽、噪声、集成度、成本以及特定应用场景等方面进行对比。我们将探讨SOA在小型化、集成化以及实现特定网络功能方面的优势，而EDFA在长距离传输中具有更低的噪声和更高的输出功率。此外，本章还将探讨SOA和EDFA的协同应用，例如在混合网络架构中，利用各自的优势实现更优化的网络性能。 第八章：SOA在非线性光学及前沿应用中的探索 除了传统的通信应用，SOA在非线性光学领域和一些前沿技术中也展现出巨大的潜力。本章将介绍SOA的非线性效应，如自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）和四波混频（FWM）等，以及它们如何被用于实现更复杂的光学处理功能。我们将探索SOA在相干光通信、光计算、光存储以及超快光谱学等新兴领域的应用前景。例如，SOA的宽增益谱使其在超连续谱产生中具有潜在作用，而其快速的响应时间也为高速光信号处理提供了可能。 第九章：SOA性能的测试与评估方法 对SOA进行准确的性能测试和评估是保证其在实际应用中可靠性的重要环节。本章将介绍SOA性能测试的标准方法和关键指标。我们将详细讲解如何测量SOA的增益、饱和功率、噪声系数、ASE功率谱密度、偏振相关增益（PDG）、以及动态特性（如响应时间和瞬态增益变化）等。本章还将介绍常用的测试仪器和设备，以及在不同工作条件下进行测试的注意事项。 第十章：未来发展趋势与展望 随着光通信技术的不断进步，SOA的未来发展充满机遇。本章将对SOA的未来发展趋势进行展望。我们将探讨如何进一步提高SOA的增益、降低噪声、拓宽带宽以及提高饱和功率。对新型材料体系、新型器件结构以及先进制造工艺的探索将是未来的重点。此外，SOA与其它光电子器件（如VCSEL、探测器）的集成，以及在下一代光网络（如5G/6G通信、数据中心互联、量子通信）中的潜在应用也将是重要的研究方向。我们还将讨论如何通过先进的算法和控制技术，进一步挖掘SOA在智能光网络中的潜力。 结论 半导体光放大器作为一种关键的光电子器件，在现代光通信网络中扮演着不可或缺的角色。本书从基本原理到具体应用，再到前沿探索，系统地阐述了SOA的方方面面。通过对本书的学习，读者将能够深入理解SOA的工作机制，掌握其性能优化技术，并对其在光通信网络中的广泛应用有全面的认识。我们相信，随着技术的不断进步，SOA将在未来的信息社会中发挥越来越重要的作用。

评分☆☆☆☆☆

我是一位对新材料和新技术充满好奇的科研工作者，对于能够引领行业发展方向的突破性成果，总是抱有极大的热情。我希望这本书能够在我对半导体光学领域现有的认知基础上，提供一些全新的视角和前沿的研究动态。尤其是在器件的性能提升方面，我非常关注如何通过材料创新来克服现有技术的瓶颈。例如，在高功率输出、低损耗传输以及宽光谱响应等方面，新的半导体材料，如宽禁带半导体、钙钛矿或者有机半导体，是否展现出了独特的优势？书中是否会介绍这些新型材料的制备方法、特性以及在实际器件中的应用案例？我更希望看到一些关于器件结构设计优化的讨论，比如如何通过多层结构、表面改性或者光子晶体技术来提升光提取效率、降低散射损耗，或者实现特定波长的精确控制。此外，对于器件的稳定性、可靠性以及集成度的提升，我也十分感兴趣。这本书能否为我提供一些关于如何设计和制备高性能、高稳定性的半导体光电器件的宝贵经验和技术指导？

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计给我留下了深刻的印象，封面上抽象的蓝色光线交织，仿佛预示着书中蕴含的无限可能。拿到手里，纸张的触感细腻而厚实，散发着淡淡的油墨香，让人忍不住想要立即翻阅。我非常期待这本书能为我打开一个全新的视野，尤其是在那些我原本认为已经触及天花板的领域。例如，我一直对微纳光学器件的制备工艺非常感兴趣，特别是那些能够实现超高空间分辨率和超快响应速度的材料和结构。如果书中能够深入探讨新型纳米材料在光子集成方面的潜力，比如金属纳米结构、量子点或者二维材料，以及它们如何被巧妙地集成到微腔或波导结构中，来提升器件的性能，那就太棒了。此外，对于光信号的调控机制，尤其是如何实现高效率、低功耗的信号转换和传输，也是我特别关注的。书中是否有关于新型调制器、开关或者耦合器的设计原理和实验验证的章节？我更希望看到一些前沿的、尚未完全成熟但充满潜力的研究方向，而非仅仅是现有的成熟技术介绍。毕竟，作为一名求知若渴的读者，我渴望的是能够激发我思考、拓展我思路的内容。