Diffractive and Holographic Technologies for Integrated Photonic Systems (Proceedings of Spie) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:SPIE-International Society for Optical Engine

作者:Richard L. Sutherland

出品人:

页数:204

译者:

出版时间:2001-04-16

价格:USD 70.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780819439697

丛书系列:

图书标签:

• Diffractive optics
• Holography
• Photonic integration
• Optical systems
• Beam shaping
• Optical design
• Microoptics
• Interferometry
• Wavefront engineering
• Optical components

聚焦前沿光子集成技术：面向未来系统的多物理场耦合与器件设计 图书名称： 《面向未来系统的多物理场耦合与器件设计》 内容概要： 本书深入探讨了当前光电子学和微纳光学领域最前沿的研究课题，特别是针对下一代集成光子系统所面临的集成度、能效和多功能化挑战。全书系统性地梳理了从基础理论到先进器件实现的跨学科知识体系，聚焦于如何通过精密的材料选择、结构设计以及多物理场（电、光、热、机械）的协同优化，来突破现有集成光子技术的瓶颈。 第一部分：集成光子学的基础理论与材料平台革新 本部分为后续复杂系统设计奠定理论基础。首先，详细回顾了半导体光子学中的基本传输理论，包括波导耦合效率、非线性效应的微扰分析以及色散管理策略。重点分析了传统硅基光子学（Silicon Photonics, SiPh）在可见光和中红外波段的局限性，并着重介绍了新型材料平台的兴起。 第三章：新型光电活性材料在片上集成中的应用 本章聚焦于超越标准CMOS工艺的异质集成方案。我们详细分析了二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物 TMDs）在光调制器、超快探测器中的潜在应用，特别是其对电场、温度的敏感性如何实现超高速响应。同时，深入探讨了 III-V 族半导体（如 InP, GaAs）与硅基平台的无缝集成技术，包括外延生长、键合与晶圆级转移技术，为实现片上激光器和高增益放大器提供了技术路线图。此外，对拓扑绝缘体在光限幅和光开关中的应用前景进行了审慎评估。 第四章：多物理场耦合的数值建模与仿真 在高度集成的系统中，电磁场、热效应和机械应力之间的相互作用（多物理场耦合）变得至关重要。本章详细阐述了先进的有限元法（FEM）和时域有限差分法（FDTD）在处理耦合问题中的应用。特别关注了热光效应如何影响波导的有效折射率和激光器的波长稳定性，并提出了基于机器学习的快速耦合分析模型，以加速复杂器件的参数优化过程。此外，还探讨了机械形变（如压电效应）对光子晶体谐振器频率的精细调控方法。 第二部分：面向高密度集成的关键光子器件 本部分专注于解决高集成度光路中对小型化、低损耗、高效率器件的需求。 第五章：超紧凑光路传输与无源元件 本章深入研究了如何将光路尺寸压缩到衍射极限以下。详细介绍了极限制程光栅（Subwavelength Grating, SWG）的应用，它不仅能有效控制色散和偏振敏感性，还被用于设计超小尺寸的定向耦合器和模式转换器。讨论了新型光子晶体波导的设计优化，特别是如何利用缺陷工程来减少弯曲损耗，并实现对光束的精确引导和分束。此外，针对大规模集成中的串扰问题，提出了基于光子学与微流控技术结合的动态隔离方案。 第六章：高速有源调制与光电探测 调制器是光通信系统的核心。本章摒弃传统M-Z结构，转而侧重于微环谐振腔（MRR）的深度优化。探讨了如何通过电学、热学和光学的协同调谐，实现超低电压驱动的相位调制器，并分析了载流子注入、等离子体色散效应在超高速调制中的作用机制。同时，详细对比了PIN结、雪崩光电二极管（APD）以及新型量子点探测器在集成光电接收机中的性能权衡，强调了光子-电子接口的效率提升。 第七章：非互易性与集成隔离器 在光纤通信和片上网络中，防止后向反射至关重要。本章集中探讨了如何在芯片尺度上实现高性能的非互易器件。重点分析了基于磁光效应的集成隔离器设计，包括磁场施加技术和磁性材料（如铋掺杂石榴石）与硅基平台的键合工艺。同时，也评估了基于布拉格反射结构和耦合模理论设计的全光隔离方案，旨在规避对外部磁场或电场依赖的复杂集成。 第三部分：先进系统集成与封装挑战 本部分将目光投向系统级应用，讨论了从芯片到模块的制造、封装和可靠性问题。 第十章：异构芯片互联与三维集成 随着摩尔定律的放缓，三维（3D）集成成为提高系统性能的关键途径。本章详细介绍了硅通孔（TSV）和混合键合（Hybrid Bonding）技术在构建“光电堆栈”中的应用。讨论了如何设计垂直光互连（Vertical Optical Interconnects, VOI），包括对准精度、界面损耗的最小化策略以及热管理挑战。特别关注了如何利用硅纳米线和高折射率差材料实现芯片间的高带宽、低延迟数据传输。 第十一章：可靠性、封装与热管理 在光子系统中，热是影响性能和寿命的首要因素。本章系统分析了各种热源（激光器、调制器、电驱动电路）产生的局域热点。提出了主动和被动散热方案，包括微流控散热通道的集成设计和先进封装材料的热导率优化。此外，探讨了封装过程中的机械应力对光学性能的长期影响，并介绍了抗疲劳和抗应力松弛的材料选择标准，确保系统在长期运行中的稳定性。 第十二章：面向AI与传感的系统级应用 本书最后一部分展示了先进光子集成技术在特定前沿领域的实际应用。重点分析了全光神经网络（Optical Neural Networks, ONN）的硬件实现，包括基于可重构波导网络和乘法器阵列的设计。讨论了如何利用片上集成技术实现高维度的多通道处理，以加速深度学习推理。在传感方面，阐述了基于高Q值谐振腔阵列的生物和化学传感平台的构建，以及如何通过集成光子解调技术提高信噪比和传感灵敏度。 本书特点： 本书的特色在于其跨学科的广度和深度，不仅仅停留在单一器件层面，而是将器件性能置于整体系统热、电、光、机械耦合的背景下进行审视和优化。它为光电子工程师、材料科学家以及从事先进封装和微纳制造的研究人员提供了未来集成光子系统设计与实现的关键参考。

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我是一名在光学制造领域工作的工程师，对"Diffractive and Holographic Technologies for Integrated Photonic Systems"这个标题非常感兴趣，因为它直接指向了我在实际工作中可能遇到的技术瓶颈和创新方向。我尤其期待书中能够详细介绍目前主流的衍射和全息元件的制造技术，例如光刻、电子束光刻、纳米压印以及3D打印等，并分析它们在精度、成本、可扩展性以及材料选择方面的优缺点。对于集成光子系统而言，如何实现这些元件与光子芯片的精确对准和连接，以及如何保证其在不同环境下的稳定性和可靠性，也是我非常关心的问题。我希望书中能够提供相关的案例研究，展示如何在实际的制造流程中克服这些挑战，并成功地将衍射和全息技术应用到各种集成光子器件中。此外，如果书中能对这些技术的未来发展趋势进行预测，例如在高性能计算、人工智能加速、生物医学成像等新兴领域的应用潜力，那将对我规划未来的研发方向极具价值。我期待这本书能够提供实用性的指导和前沿性的洞见，帮助我更好地推动光学制造技术的进步。

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我是一名在学术界从事光物理研究的教授，"Diffractive and Holographic Technologies for Integrated Photonic Systems"这个书名立刻吸引了我，因为它触及了当前光子学研究的热点领域。我希望这本书能够深入探讨衍射和全息现象在量子光学、非线性光学以及拓扑光学等前沿领域的最新进展，以及它们如何被巧妙地整合到集成光子系统中，以实现前所未有的功能。我期待书中能够介绍一些具有理论深度和创新性的工作，例如利用衍射/全息原理实现光场调控、光束整形、超材料设计，以及在量子信息处理、超分辨率成像等方面的应用。对于"Integrated Photonic Systems"的关注，也让我对书中关于如何将这些先进的光学概念转化为实际的光子芯片设计和器件实现感到好奇。我希望书中能够提供对最新理论模型、仿真方法以及实验验证的详细论述，并能够引发读者对未来研究方向的思考。我相信，这本书将为我及其研究团队提供丰富的学术资源，激发新的研究思路，并为推动整个光子学领域的发展做出贡献。

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作为一名光子学领域的研究人员，我一直对衍射和全息技术在集成光子系统中的应用抱有浓厚的兴趣。这本书的标题，"Diffractive and Holographic Technologies for Integrated Photonic Systems (Proceedings of SPIE)"，瞬间就抓住了我的眼球。我预想这本书会深入探讨这些先进技术如何赋能下一代光子器件的设计与制造，尤其是在实现更紧凑、更高效、功能更丰富的集成光子芯片方面。我期待书中能够详细阐述衍射光学元件（DOE）和全息光学元件（HOE）的最新设计方法、制造工艺以及在不同应用场景下的性能表现，比如光通信、生物传感、数据存储，甚至是在微纳光学领域。我尤其希望能看到关于如何将这些技术与现有的硅光子平台或其它集成光子技术进行有效结合的案例分析，这对于推动整个领域的实际应用至关重要。书中对"Integrated Photonic Systems"的强调，也让我对内容聚焦于如何在系统层面实现这些技术感到振奋，而不仅仅是停留在理论或单个元件的层面。我相信，这本书将为我提供宝贵的见解和技术指导，帮助我在自己的研究项目中更好地应用这些前沿技术，并为该领域的未来发展贡献力量。

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对于我这种刚接触集成光子学不久的初学者来说，"Diffractive and Holographic Technologies for Integrated Photonic Systems"这个书名听起来既前沿又有些许挑战。我尤其关注的是它作为SPIE会议论文集的性质，这通常意味着书中收录的内容都是最新的研究成果，并且经过同行评审，具有较高的学术价值。我希望这本书能够从基础概念入手，逐步深入到衍射和全息技术在集成光子系统中的具体应用。比如，书中是否会解释衍射的基本原理，以及如何通过精确控制光波的相位和振幅来实现特定功能？全息技术又是如何在记录和重建物体信息的同时，实现光路复用或分束等功能，并最终集成到光子系统中？我渴望了解这些技术在微纳尺度下的设计和制造挑战，以及目前有哪些成熟或新兴的工艺方法可供选择。此外，书中对"Integrated Photonic Systems"的关注，也让我好奇它会涵盖哪些方面的系统集成，例如如何将衍射/全息元件与波导、光源、探测器等集成在一起，形成一个功能完整的芯片。我希望这本书能够提供清晰的图示和详实的实验数据，帮助我理解这些复杂的技术概念，并为我未来的学习和研究奠定坚实的基础。

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作为一名对新兴技术充满好奇的科技爱好者，"Diffractive and Holographic Technologies for Integrated Photonic Systems"这本书的标题听起来就充满了未来感。我虽然不是专业人士，但对光学的奇妙应用一直很着迷。我希望这本书能够用相对易懂的方式，解释衍射和全息技术到底是什么，以及它们是如何工作的。我很好奇，这些看似“魔法”般的技术，是如何在微小的集成光子系统中实现各种复杂的光学功能的。比如，它们是如何让光信号进行更高效的传输和处理，从而让我们的通信速度更快，计算能力更强？书中是否会有一些生动形象的例子，来展示这些技术在现实生活中的应用，例如在AR/VR设备、芯片上的新型显示技术，或者更先进的传感器方面？我特别想了解，将这些技术“集成”到“系统”中，到底意味着什么，以及它能为我们带来哪些更便捷、更智能的生活体验。我希望这本书能够激发我对科学技术的好奇心，并让我对光子学的未来充满期待。

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