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目录1

第一篇概 论1

1．引言1

2．光通信的发展历史和光导波电子学2

3．光通信、光电子学和光导波电子学4

4．光导波电子学的研究现状和未来7

4.1光波导7

4.1.1光纤7

4.2光源和光探测器8

4.1.2平面光波导8

4.3集成光路10

4.4材料和微细加工技术10

5．光导波电子学的未来以及对社会的影响………………………………………………………（11 ）第二篇光导波现象的基础第一章多层结构的光波导15

1.1光波导和多层结构15

1.1.1光波导15

1.1.2多层结构的光波导15

1.2多层平板波导的分析16

1.3四层介质平板波导18

1.3.1引言18

1.3.2本征方程式和本征值19

1.3.3模式截止特性20

1.3.4截止模式的损耗22

1.3.5实验的讨论23

1.3.6结语23

1.4金属包层多层介质波导24

1.4.1引言24

1.4.2损耗特性25

1.4.3损耗特性的几何光学分析26

1.4.4实验的讨论27

1.5.2波导的结构及其分析法28

1.5.1矩形多层结构28

1.5矩形多层波导28

1.4.5结语28

1.5.3色散特性30

1.5.4截止和损耗特性30

1.5.5实验的讨论31

1.5.6结语32

第二章各向异性光波导33

2.1引言33

2.2各向异性光波导的传输特性33

2.2.1波导结构和分析基础33

2.2.2基本系的导波本征模35

2.2.3扰动系的导波本征模（二模近似）36

2.3光路的分析处理38

2.3.1标准元件38

2.3.2模传输矩阵38

2.3.3模传输矩阵的性质39

2.4导波－导波模耦合的应用40

2.4.1 TE-TM模转换器40

2.4.2非可逆元件41

2.5各向异性的泄漏波导43

2.6导波－辐射模耦合的应用44

2.6.1耦合模的分析45

2.6.2电光效应的应用46

2.6.3磁光效应的应用48

2.7结语50

第三章光波导的数值解析法——153

3.1引言53

3.2有限元法53

3.3点匹配法、感应偶极子法、伯杰龙法、等效回路法59

3.3.1点匹配法59

3.3.2感应偶极子法60

3.3.3伯杰龙法61

3.3.4等效回路法61

3.4其他62

3.5结语63

第四章光波导的数值解析法——265

4.1引言65

4.2无限边界的瑞利原理65

4.3薄膜波导的分析68

4.3.1 TEy和TM y模68

4.3.2模匹配法的算法70

4.3.3肋型波导的数值计算举例71

4.4结语73

5.2薄膜光波导中高次谐波的产生74

5.1引言74

第五章光波导中的非线性现象及其应用74

5.2.1介质光波导中非线性光相互作用的分析75

5.3使用光波导的集成型光双稳态器件81

5.3.1光双稳态器件的工作原理81

5.3.2波导型光双稳态器件的特性实验83

5.4使用光波导的集成型多谐振荡器85

5.4.1光多谐振荡器的工作原理85

5.4.2波导型光多谐振荡器的特性实验92

5.5结语96

1.2.2光线理论的适用条件101

1.2.1光线理论与波动理论101

1.2.3光纤中的光线种类101

第一章多模光纤101

1.1引言101

第三篇 光纤的设计理论与测量技术101

1.2光纤的光线理论101

1.2.4子午光线的分析102

1.2.5光纤中的色散102

1.2.6用光线理论计算的多模色散103

1.2.7平方律分布（不均匀芯）光纤104

1.3.1圆柱坐标系中的波动方程式105

1.3.2波动方程式的解105

1.3均匀芯光纤的波动理论105

1.3.§芯子和包层中电磁场的解107

1.3.4模式的分类108

1.3.5本征方程式（严密解）109

1.3.6本征方程式（弱导波近似）110

1.3.7本征方程式的统一形式111

1.4不均匀芯光纤的波动理论（WKB法的改进）112

1.4.1各种解析法的分类112

1.4.2以前的WKB法112

1.4.3改进WKB法分析的必要性112

1.4.4 WKB解析的规范化113

1.4.5色散方程式116

1.4.6延迟时间117

1.4.7数值计算118

1.不均匀芯光纤传输特性的标准数值解121

1.5.1标准数值解的必要性121

1.5.2折射率分布121

1.5.3级数展开法121

1.5.4延迟时间123

1.5.5有限元法123

1.5.6计算结果124

1.6结语129

2.3单模条件与芯内折射率分布的关系130

第二章单模光纤137

2.1引言137

2.2折射率分布形状和传输模式138

2.2.1引言138

2.2.2折射率分布138

2.2.3场分布139

2.2.4传输常数139

2.2.5结语139

2.3.1 TE01模的截止V值140

2.3.2对称核积分方程式最小本征值的近似式141

2.3.3 TM01、HE21模的截止V值142

2.3.4数值计算例子143

2.4单模光纤的传输带宽145

2.4.1引言145

2.4.2调幅的场合145

2.4.3强度调制的场合146

2.4.4高次谐波畸变147

2.4.5单模光纤的频率色散149

2.4.6结语149

2.5.2不规则弯曲的功率谱150

2.5.1引言150

2.5单模光纤的不规则弯曲引起的损耗150

2.5.3单模光纤的不规则弯曲损耗公式151

2.6偏振特性151

2.6.1单模光纤中各向异性的产生机理152

2.6.2稳定偏振面的方法153

第三章光纤的测量技术156

3.1引言156

3.2传输特性的测量156

3.2.1用脉冲法测量全色散特性158

3.3关于不完整性参数的测量160

3.2.2用基带频率扫描法测量全色散特性160

3.3.1应力引起的光纤折射率变化和几何结构变化的测量161

3.3.2模式变换系数的测量163

3.3.3模式损耗的测量168

3.4折射率分布的测量169

3.4.1引言169

3.4.2用远场图测量单模光纤的折射率分布171

3.4.3用横向干涉法测量多模光纤和预制棒的折射率分布174

3.4.4测量预制棒的非轴对称折射率175

3.5.1使用干涉法的模式分析法177

3.5其他177

§.4.5近场点激励法的波动理论分析177

3.5.2用声光滤波器测量偏振特性178

3.5.3 单模光纤中光相位波动的测量178

3.5.4在光纤中传输的激光斑点反差178

第四篇薄膜制作技术185

第一章液相外延生长法185

1.1引言185

1.2蒸气压可控温差法186

1.2.1蒸气压可控温差法的原理186

1.2.2用蒸气压可控温差法生长的晶体特189

1.3异质结结构的晶格常数补偿192

1.4液相生长中的二维生长机理194

1.5失配位错的结构195

1.6失配位错发生机理的分析195

1.7结语199

第二章分子束外延生长法201

2.1引言201

2.2用分子束外延法进行各种半导体晶体的生长204

2.2.1 GaAs.GaAlAs的分子束外延204

2.2.2 InAs的分子束外延206

2.2.4 ZnTe、ZnSe的分子束外延207

2.2.3 Inp、GaInAsP的分子束外延207

2.2.5反应性分子束外延209

2.3掺杂209

2.3.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物的分子束外延210

2.3.2硅的分子束外延210

2.3.3 Ⅱ-Ⅵ族化合物的分子束外延……………………………………………………（211 ）2.4结语214

第三章化学气相生长法和溅射法218

3.1引言218

3.2氧化物薄膜的制作方法……………………………………………………………（218 ）3.3溅射法……………………………………………………………………………………（220 ）3.3.1 ZnO薄膜的各种制造方法220

3.3.2用平面磁控管溅射制作ZnO膜221

3.4.1 ZnO-H2-H2O-O2系CVD法225

3.4化学气相淀积（CVD）法225

3.3.3用RF二极溅射法制作LiNbO3、K3Li2Nb5O15、PLZT膜225

3.4.2用CVD法制作的ZnO膜的光学性质及其波导特性228

3.5结语…………………………………………………………………（231 ）233

第四章团状离子束蒸发法233

4.1引言233

4.1.1薄膜形成时离子的基本作用233

4.2团状离子束和薄膜形成235

4.2.1团状束形成机构及其大小236

4.2.2薄膜形成238

4.3.1制作电子器件的团状离子束技术240

4.3团状离子束技术的应用240

4.3.2用反应性团状离子束制作ZnO薄膜241

4.3.3用反应性团状离子束制作BeO晶体薄膜248

4.4结语250

第五章衍射光栅制作技术253

5.1引言253

5.2二光束干涉曝光技术253

5.3复印加工技术256

5.3.1化学腐蚀法256

5.3.2干腐蚀法257

5.4.1炫耀光栅（blazed grating）258

5.4.2变周期光栅258

5.4特殊衍射光栅的制作法258

5.4.3弯曲光栅260

5.5其他衍射光栅的制作技术261

5.6结语261

第五篇 半导体激光器和探测器267

第一章半导体激光器的光放大和振荡机构267

1.1自发辐射和受激辐射放大267

1.1.1半导体中的电子跃迁267

1.1.3自发辐射光系数269

1.1.2小于振荡阈值时的光输出269

1.2增益饱和效应和单模振荡270

1.2.1增益饱和270

1.2.2单模振荡272

1.3激光器形状和杂质浓度等的影响274

1.3.1导波模式274

1.3.2载流子扩散效应和条形结构275

1.3.3杂质浓度276

1.3.4温度特性和模式稳定性277

2.2弛豫振荡现象和直接调制特性279

2.2.1基本速率方程式279

第二章半导体激光器的直接调制特性279

2.1引言279

2.2.2小振幅调制近似280

2.2.3理论和实验的比较280

2.3载流子扩散效应导致的弛豫振荡的抑制282

2.3.1载流子扩散效应的作用282

2.3.2折射率限制型条形激光器中的抑制效应理论282

2.3.3增益限制型条形激光器中的弛豫振荡抑制效应理论283

2.4其他的弛豫振荡抑制机构288

2.5直接调制时的多纵模振荡289

2.6结语290

3.1.1长波长光通信292

3.1.2晶格匹配的GaInAsP/InP四元系晶体292

第三章长波长激光器292

3.1 引言292

3.2 GaInAsP/InP四元晶体的生长和晶格匹配条件293

3.2.1晶体生长293

3.2.2晶格匹配条件294

3.2.3 1.6μm波段激光器晶片295

3.3 GaIaAsP/InP四元晶体的激光器特性295

3.3.1振荡波长和阈值电流295

3.3.2杂质控制和低阈值化296

3.3.3增益参数298

3.4.1横模控制299

3.4 GaInAsP/InP条形激光器和横模控制299

3.3.4调制特性299

3.4.2埋层双异质结（BH）型激光器300

3.4.3台面衬底隐埋型（MSB）和台阶衬底型（TS）激光器302

3.5振荡阈值和效率的温度特性302

3.6带分布布拉格反射器的集成化双波导（DBR-ITG）型GaInAsP/InP303

激光器和其他集成光路用激光器303

3.6.1长波长DBR-ITG激光器303

3.6.2其他集成光路用的长波长激光器305

3.7结语305

4.1引言310

第四章功能激光器310

4.2利用声波的分布反馈型激光器311

4.3光栅激励的GHz·SAW312

4.4二维分布反馈激光器的振荡特性313

4.5利用声波的分布反馈激光器的振荡特性314

4.6电流注入型激光器的可能性和应用315

4.7结语317

第五章探测器318

6.1引言318

5.2光探测器理论318

5.2.1量子效率318

5.2.2光电二极管的响应时间320

5.2.3噪声322

5.3 InGaAsP/InP DH光电二极管的试制322

5.4光电晶体管………………………………………………………………………………（323 ）5.5结语326

第六篇光路元件329

第一章光路分析器329

1.1前言——光路分析器的结构329

1.2光路分析器的各个测量项目和扫描机构330

1.2.1光路分析器系统…………………………………………………………………（330 ）1.2.2光频扫描机构331

1.2.3光偏振波扫描机构……………………………………………………………………（335 ）1.2.4光相位差扫描机构335

1.2.5光束参数（空间频率）扫描机构336

1.2.6光路分析器用的光探测器…………………………………………………………（340 ）1.3数据处理系统……………………………………………………………………………（341 ）1.3.1硬件的构成…………………………………………………………………………（341343

1.4结语345

第二章光调制器347

2.1引言347

2.2导波型光调制器的种类和构成方法347

2.2.1相位调制器348

2.2.2正交尼科耳型强度调制器349

2.2.3干涉仪型强度调制器350

2.2.4定向耦合器型强度调制器350

2.2.5模式变换型强度调制器351

2.2.6其他的强度调制器351

2.3电光光波导352

2.2.7集中型和行波型352

2.3.1扩散Ti的LiNbO3三维光波导353

2.3.2光波导的分路354

2.4调制电路354

2.4.1对称型平面平行带状线路355

2.4.2非对称型平面平行带状线路356

2.4.3行波型光调制器的速度失配和带宽359

2.5导波型光调制器的试制和调制实验360

2.5.1行波型光调制器的频率特性360

2.5.2元件的制作361

2.5.3调制实验362

2.6其它问题363

2.6.1温度特性的稳定363

2.6.2光耦合法364

2.7结语364

第三章导波型光开关及其应用367

3.1引言367

3.1.1光调制器与光开关367

3.1.2光开关的分类367

3.2 LiNbO3光分路元件的特性368

3.2.1分路元件的工作原理368

3.2.2光开关特性369

3.3 LiNbO3光分路元件的应用370

3.3.1 光隔离器371

3.3.2 TE-TM模分离器372

3.3.3四端光开关373

3.4波导全息图用的光开光374

3.4.1 LiNbO3全反射（TIR）开关375

3.4.2液晶开关376

3.5结语377

第四章非可逆元件379

4.1磁光效应和非可逆特性379

4.2磁光薄膜的制作381

4.3磁光晶体薄膜的光学特性385

4.4利用磁光效应进行的光模转换387

4.5非可逆薄膜功能元件391

第五章平面光路元件395

5.1透镜395

5.1.1利用折射率不同的透镜395

5.1.2光栅透镜398

5.2反射镜、半透镜406

5.3偏振器406

后记408