具体描述
The optical filter is resonator based. The required passband shape of ring resonator-filters can be custom designed by the use of configurations of various ring coupled resonators. This book describes the current state-of-the-art on these devices. It provides an in-depth knowledge of the simulation, fabrication and characterization of ring resonators for use as example filters, lasers, sensors.
蓝图与构建：先进光子集成电路的基石 图书名称： 《光子集成电路设计与制造：从理论到实践的全面指南》 图书简介： 本书旨在为光子集成电路（PICs）领域的工程师、研究人员和高级学生提供一个全面、深入且高度实用的参考框架。它不仅仅停留在理论的阐述，更侧重于将复杂的光学原理转化为可制造、可部署的实际系统。全书结构严谨，内容涵盖了从基础材料科学到前沿器件封装的完整产业链环节，力求成为一本面向工程实践的权威手册。 第一部分：基础物理与材料选择 本部分奠定了光子集成电路设计的物理学基础，并探讨了支撑现代PICs发展的关键材料体系。 章节一：集成光学的基本原理与挑战： 深入分析了波导理论、模式耦合、色散效应以及非线性光学现象在微纳尺度下的表现。详细讨论了光子集成电路设计中必须克服的损耗机制（如散射损耗、弯曲损耗、辐射损耗）及其量化方法。重点探讨了如何利用有限元法（FEM）和时域有限差分法（FDTD）等数值方法对光场分布进行精确建模和优化。 章节二：关键半导体材料系统： 详尽比较了硅光子学（Silicon Photonics）、铌酸锂（Lithium Niobate）、磷化铟（InP）以及氮化硅（Silicon Nitride）等主流平台在光传输、调制速度、集成度、光电转换效率和工作波段上的优劣。深入分析了异质集成（Heterogeneous Integration）的必要性，特别是如何将III-V族材料的增益特性与硅光子的低损耗传输特性高效结合。讨论了新型低损耗材料如蓝宝石上的二氧化硅等在特定应用场景下的潜力。 第二部分：核心器件的设计与优化 本部分聚焦于构成PICs功能的基础模块，提供深入的设计指南和性能提升策略。 章节三：高效率波导与耦合器设计： 详细介绍了各类波导结构（脊波导、包层波导、槽波导）的工艺容差和损耗特性。重点剖析了片上耦合器的设计艺术，包括锥形耦合器（Tapered Couplers）、摩擦耦合器（Grating Couplers）和间隙耦合器（Gap Couplers）的结构优化。针对高密度集成，提供了光纤到芯片（Fiber-to-Chip）耦合损耗最小化的设计准则。 章节四：高速调制器与光开关： 深入探讨了电光调制器的核心原理，包括载流子注入式、等离子体色散效应调制器以及新兴的铌酸锂调制器。对于载流子调制器，详细分析了载流子浓度与折射率变化的关系，并给出了调制速度、插入损耗与驱动电压之间的权衡公式。对于无源开关，重点阐述了基于热光效应和自由载流子效应的全光开关和Mach-Zehnder干涉仪（MZI）开关的设计与优化，特别是如何应对热漂移问题。 章节五：集成光源与探测器： 阐述了如何将激光源集成到无源平台（如硅光子平台）上。详细介绍了外延生长、键合技术（Bonding）在激光器集成中的应用，并重点分析了量子阱外延激光器（Quantum Well Lasers）的阈值电流密度和光电转换效率。在探测器方面，对比了PIN和APD（雪崩光电二极管）结构，并详细解析了如何设计高响应度、低暗电流的片上光电探测器。 第三部分：系统级集成与先进制造 本部分将器件层面的知识提升到系统架构层面，并详细介绍了实现这些复杂电路所必需的制造流程。 章节六：光子集成电路架构与布局规划： 讲解了光网络系统（如DWDM/CWDM系统）如何映射到PICs架构上。内容包括阵列波导光栅（AWG）的设计、多通道滤波器的级联、以及光子集成电路中的交叉点设计。强调了系统级串扰（Crosstalk）管理和热管理策略在大型芯片设计中的决定性作用。介绍了拓扑优化方法在器件间路径选择中的应用。 章节七：微纳加工工艺流程与良率控制： 这是一个高度工程化的章节。详细介绍了光子集成电路制造的典型流程，从晶圆准备、薄膜沉积（PECVD, PVD）、光刻技术（E-beam, DUV Lithography）到关键的干法刻蚀工艺（如RIE, ICP-RIE）。特别关注了高深宽比波导侧壁的粗糙度控制及其对光损耗的影响。探讨了不同代工厂（Foundry）的工艺窗口差异及其对设计参数的影响。 章节八：先进封装与测试： 讨论了PICs从晶圆走向最终产品的关键步骤——封装。详细介绍了光纤对准（Alignment）技术，包括精确的机械对准和光反馈对准。重点分析了热沉（Heat Sink）设计、芯片级和板级的热应力分析，以及如何设计可靠的电学/光学I/O接口。最后，概述了光子芯片的性能测试方法，包括S参数测试、眼图测试和误码率（BER）测试的标准流程。 本书特色： 本书结构化的内容安排，确保读者能够从基础原理平稳过渡到复杂的系统集成。书中包含了大量来自实际工程案例的优化数据和关键公式推导，并附有针对主流仿真软件的设计指导思路，是光电子产业界和学术界不可或缺的工具书。它致力于培养读者“以可制造性指导设计”的工程思维。
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