高速光通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)光電子器件性能提出了更高的要求，與新型微納超結(jié)構(gòu)集成的光器件已經(jīng)成為光通信發(fā)展的必然需求之一。高折射率差光柵作為一種新型微納超結(jié)構(gòu)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在高性能光電子器件中，將新型高折射率差光柵與半導(dǎo)體光探測(cè)器、激光器等有源器件集成，可以顯著地拓展其器件的功能。《高折射率差超結(jié)構(gòu)光器件》以高折射率差光柵為主要研究對(duì)象，全面闡述了該超結(jié)構(gòu)器件的理論設(shè)計(jì)方法、制備工藝及測(cè)試方法，較為系統(tǒng)、完整地介紹了基于高折射率差光柵結(jié)構(gòu)的不同功能器件的性能指標(biāo)、應(yīng)用，以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)閱讀《高折射率差超結(jié)構(gòu)光器件》，讀者可以全面了解相關(guān)的技術(shù)原理和應(yīng)用前景。

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目錄　

前言　

注釋說(shuō)明匯集表　

第1章　緒論　1　

1.1　高折射率差超結(jié)構(gòu)的研究意義　1　

1.2　高折射率差超結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展　2　

1.2.1　高折射率差光柵反射鏡　3　

1.2.2　高折射率差光柵偏振分束器　6　

1.2.3　高折射率差光柵功分器　11　

1.2.4　高折射率差光柵濾波器　15　

1.3　高折射率差光柵與光探測(cè)器集成的研究進(jìn)展　17　

1.3.1　高折射率差光柵與PIN光探測(cè)器的集成　17　

1.3.2　高折射率差光柵與RCE光探測(cè)器的集成　20　

1.3.3　高折射率差光柵與其他類型光探測(cè)器的集成　23　

1.4　高折射率差光柵與VCSEL集成的研究進(jìn)展　24　

參考文獻(xiàn)　　26　

第2章　光波導(dǎo)基礎(chǔ)　32　

2.1　光波導(dǎo)種類　32　

2.2　光波導(dǎo)的幾何光學(xué)理論　32　

2.2.1　平面光波導(dǎo)的幾何光學(xué)理論　33　

2.2.2　全反射的條件　34　

2.3　光波導(dǎo)電磁理論　35　

2.3.1　平面光波導(dǎo)的波動(dòng)方程　35　

2.3.2　平面光波導(dǎo)的傳輸模式　37　

2.4　階躍折射率光波導(dǎo)　41　

2.4.1　TE模式中的場(chǎng)分布　41　

2.4.2　模式本征方程求解　42　

2.5　條形光波導(dǎo)　43　

2.5.1　馬卡梯里近似　43　

2.5.2　Exm，n模式　44

2.5.3　Eym，n模式　47　

2.6　衍射光柵　48　

參考文獻(xiàn)　50　

第3章　高折射率差光柵理論方法與制備工藝　51　

3.1　高折射率差光柵理論　51　

3.1.1　嚴(yán)格耦合波分析法　51　

3.1.2　有限元分析法　54　

3.2　高折射率差光柵寬帶高反高透原理　56　

3.3　高折射率差光柵的相位控制原理　57　

3.3.1　一維高折射率差光柵的波前相位控制原理　57　

3.3.2　二維高折射率差光柵的波前相位控制原理　58　

3.4　高折射率差光柵制備工藝　59　

3.4.1　電子束曝光　59　

3.4.2　干法刻蝕　60　

3.4.3　制備工藝流程　60　

參考文獻(xiàn)　61　

第4章　一維高折射率差光柵器件　63　

4.1　具有光束偏轉(zhuǎn)功能的一維高折射率差光柵反射鏡　63　

4.1.1　實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)功能的相位分布.　63　

4.1.2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　64　

4.1.3　理論仿真　66　

4.1.4　一維高折射率差光柵反射鏡制備　68　

4.1.5　實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析　69　

4.2　具有光束會(huì)聚功能的一維高折射率差光柵反射鏡　71　

4.2.1　實(shí)現(xiàn)光束會(huì)聚功能的相位分布　71　

4.2.2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　72　

4.2.3　理論仿真　75　

4.2.4　一維高折射率差光柵反射鏡制備.　76　

4.2.5　實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析　76　

4.3　具有光束會(huì)聚功能的一維高折射率差光柵偏振分束器　80　

4.3.1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　81　

4.3.2　理論仿真　83　

4.4　具有偏振穩(wěn)定特性的一維高折射率差光柵偏振分束器　84　

4.5　具有光束偏轉(zhuǎn)功能的一維高折射率差光柵偏振分束器　87　

4.5.1　器件總體結(jié)構(gòu)模型　87

4.5.2　器件上層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)　88　

4.5.3　器件下層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)　90　

4.5.4　整體結(jié)構(gòu)的仿真與分析　93　

4.6　具有透射會(huì)聚功能的一維高折射率差光柵功率分束器　95　

4.6.1　透射會(huì)聚型光柵1×4功率分束器設(shè)計(jì)　96　

4.6.2　仿真與分析　97　

4.7　反射會(huì)聚型高折射率差光柵1×4功率分束器設(shè)計(jì)與仿真　99　

4.7.1　反射會(huì)聚型光柵1×4功率分束器設(shè)計(jì)　99　

4.7.2　仿真與分析　102　

4.7.3　反射型功分器的制備　103　

4.7.4　實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析　103　

參考文獻(xiàn)　105　

第5章　二維高折射率差光柵器件　107　

5.1　具有光束會(huì)聚功能的同心環(huán)高折射率差光柵反射鏡　107　

5.1.1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　107　

5.1.2　理論仿真　108　

5.1.3　同心環(huán)高折射率差光柵反射鏡制備　109　

5.1.4　實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析　110　

5.2　二維高折射率差光柵透鏡　113　

5.2.1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　113　

5.2.2　理論仿真　116　

5.3　具有光束會(huì)聚功能的二維高折射率差光柵功分器　117　

5.3.1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　118　

5.3.2　理論仿真　120　

5.3.3　二維高折射率差光柵功分器制備　123　

5.3.4　實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析　123　

5.4　二維高折射率差光柵濾波器　126　

5.4.1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　126　

5.4.2　理論仿真　127　

參考文獻(xiàn)　131　

第6章　基于高折射率差光柵超結(jié)構(gòu)的集成器件　133　

6.1　基于超結(jié)構(gòu)光束會(huì)聚反射鏡的PIN光探測(cè)器　133　

6.1.1　PIN光探測(cè)器的原理　134　

6.1.2　基于超結(jié)構(gòu)反射鏡的PIN光探測(cè)器的原理　135　

6.1.3　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真　136

6.1.4　PIN光探測(cè)器的制備　137　

6.1.5　苯并環(huán)丁烯樹(shù)脂鍵合技術(shù)　138　

6.1.6　量子效率的測(cè)試　139　

6.1.7　響應(yīng)帶寬的測(cè)試　143　

6.2　基于二維超結(jié)構(gòu)功分器的PIN光探測(cè)器陣列　144　

6.2.1　集成PIN光探測(cè)器陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　145　

6.2.2　PIN光探測(cè)器陣列的制備　146　

6.2.3　實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析　146　

6.3　基于同心環(huán)高折射率差光柵反射鏡的UTC光探測(cè)器　149　

6.3.1　單行載流子光探測(cè)器　149　

6.3.2　基于同心環(huán)光柵反射鏡的UTC-PD　150　

6.3.3　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真　152　

6.3.4　實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析　154　

6.4　基于二維光柵功分器的UTC光探測(cè)器陣列　158　

6.4.1　UTC光探測(cè)器陣列　158　

6.4.2　集成UTC光探測(cè)器陣列結(jié)構(gòu)原理　159　

6.4.3　集成UTC光探測(cè)器陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　160　

6.4.4　實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析　160　

6.5　基于光柵反射鏡的VCSEL　163　

6.5.1　VCSEL原理　163　

6.5.2　VCSEL的性能特性分析　164　

6.5.3　VCSEL的偏振特性分析　170　

6.5.4　基于光柵反射鏡的VCSEL的原理　171　

6.5.5　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真　171　

6.5.6　VCSEL的制備　176　

6.5.7　鍵合技術(shù)　179　

6.5.8　實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析　179　

6.6　具有偏振穩(wěn)定功能的894nm高溫VCSEL　180　

6.6.1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論分析　180　

6.6.2　器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　181　

6.6.3　仿真結(jié)果分析　183　

6.7　具有光束會(huì)聚功能的850nm單模VCSEL　187　

6.7.1　設(shè)計(jì)理論分析　187　

6.7.2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　188　

6.7.3　仿真結(jié)果分析　190

參考文獻(xiàn)　191　

第7章　高折射率差超結(jié)構(gòu)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)　196　

7.1　高折射率差超結(jié)構(gòu)的展望　196　

7.2　新器件與新技術(shù)　197　

7.2.1　基于高折射率差超結(jié)構(gòu)的耦合器　197　

7.2.2　基于高折射率差超結(jié)構(gòu)的偏振分束器.　197　

7.2.3　基于高折射率差超結(jié)構(gòu)的傳感器　198　

參考文獻(xiàn)　199