高折射率差超结构光器件

　　高速光通信系统的飞速发展对光电子器件性能提出了更高的要求，与新型微纳超结构集成的光器件已经成为光通信发展的必然需求之一。高折射率差光栅作为一种新型微纳超结构，已经广泛地应用在高性能光电子器件中，将新型高折射率差光栅与半导体光探测器、激光器等有源器件集成，可以显著地拓展其器件的功能。《高折射率差超结构光器件》以高折射率差光栅为主要研究对象，全面阐述了该超结构器件的理论设计方法、制备工艺及测试方法，较为系统、完整地介绍了基于高折射率差光栅结构的不同功能器件的性能指标、应用，以及未来的发展趋势。通过阅读《高折射率差超结构光器件》，读者可以全面了解相关的技术原理和应用前景。

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目录　
前言　
注释说明汇集表　
第1章　绪论　1　
1.1　高折射率差超结构的研究意义　1　
1.2　高折射率差超结构的研究进展　2　
1.2.1　高折射率差光栅反射镜　3　
1.2.2　高折射率差光栅偏振分束器　6　
1.2.3　高折射率差光栅功分器　11　
1.2.4　高折射率差光栅滤波器　15　
1.3　高折射率差光栅与光探测器集成的研究进展　17　
1.3.1　高折射率差光栅与PIN光探测器的集成　17　
1.3.2　高折射率差光栅与RCE光探测器的集成　20　
1.3.3　高折射率差光栅与其他类型光探测器的集成　23　
1.4　高折射率差光栅与VCSEL集成的研究进展　24　
参考文献　　26　
第2章　光波导基础　32　
2.1　光波导种类　32　
2.2　光波导的几何光学理论　32　
2.2.1　平面光波导的几何光学理论　33　
2.2.2　全反射的条件　34　
2.3　光波导电磁理论　35　
2.3.1　平面光波导的波动方程　35　
2.3.2　平面光波导的传输模式　37　
2.4　阶跃折射率光波导　41　
2.4.1　TE模式中的场分布　41　
2.4.2　模式本征方程求解　42　
2.5　条形光波导　43　
2.5.1　马卡梯里近似　43　
2.5.2　Exm，n模式　44
2.5.3　Eym，n模式　47　
2.6　衍射光栅　48　
参考文献　50　
第3章　高折射率差光栅理论方法与制备工艺　51　
3.1　高折射率差光栅理论　51　
3.1.1　严格耦合波分析法　51　
3.1.2　有限元分析法　54　
3.2　高折射率差光栅宽带高反高透原理　56　
3.3　高折射率差光栅的相位控制原理　57　
3.3.1　一维高折射率差光栅的波前相位控制原理　57　
3.3.2　二维高折射率差光栅的波前相位控制原理　58　
3.4　高折射率差光栅制备工艺　59　
3.4.1　电子束曝光　59　
3.4.2　干法刻蚀　60　
3.4.3　制备工艺流程　60　
参考文献　61　
第4章　一维高折射率差光栅器件　63　
4.1　具有光束偏转功能的一维高折射率差光栅反射镜　63　
4.1.1　实现光束偏转功能的相位分布.　63　
4.1.2　结构设计　64　
4.1.3　理论仿真　66　
4.1.4　一维高折射率差光栅反射镜制备　68　
4.1.5　实验测试和分析　69　
4.2　具有光束会聚功能的一维高折射率差光栅反射镜　71　
4.2.1　实现光束会聚功能的相位分布　71　
4.2.2　结构设计　72　
4.2.3　理论仿真　75　
4.2.4　一维高折射率差光栅反射镜制备.　76　
4.2.5　实验测试和分析　76　
4.3　具有光束会聚功能的一维高折射率差光栅偏振分束器　80　
4.3.1　结构设计　81　
4.3.2　理论仿真　83　
4.4　具有偏振稳定特性的一维高折射率差光栅偏振分束器　84　
4.5　具有光束偏转功能的一维高折射率差光栅偏振分束器　87　
4.5.1　器件总体结构模型　87
4.5.2　器件上层结构的设计　88　
4.5.3　器件下层结构的设计　90　
4.5.4　整体结构的仿真与分析　93　
4.6　具有透射会聚功能的一维高折射率差光栅功率分束器　95　
4.6.1　透射会聚型光栅1×4功率分束器设计　96　
4.6.2　仿真与分析　97　
4.7　反射会聚型高折射率差光栅1×4功率分束器设计与仿真　99　
4.7.1　反射会聚型光栅1×4功率分束器设计　99　
4.7.2　仿真与分析　102　
4.7.3　反射型功分器的制备　103　
4.7.4　实验测试与分析　103　
参考文献　105　
第5章　二维高折射率差光栅器件　107　
5.1　具有光束会聚功能的同心环高折射率差光栅反射镜　107　
5.1.1　结构设计　107　
5.1.2　理论仿真　108　
5.1.3　同心环高折射率差光栅反射镜制备　109　
5.1.4　实验测试和分析　110　
5.2　二维高折射率差光栅透镜　113　
5.2.1　结构设计　113　
5.2.2　理论仿真　116　
5.3　具有光束会聚功能的二维高折射率差光栅功分器　117　
5.3.1　结构设计　118　
5.3.2　理论仿真　120　
5.3.3　二维高折射率差光栅功分器制备　123　
5.3.4　实验测试和分析　123　
5.4　二维高折射率差光栅滤波器　126　
5.4.1　结构设计　126　
5.4.2　理论仿真　127　
参考文献　131　
第6章　基于高折射率差光栅超结构的集成器件　133　
6.1　基于超结构光束会聚反射镜的PIN光探测器　133　
6.1.1　PIN光探测器的原理　134　
6.1.2　基于超结构反射镜的PIN光探测器的原理　135　
6.1.3　结构设计与仿真　136
6.1.4　PIN光探测器的制备　137　
6.1.5　苯并环丁烯树脂键合技术　138　
6.1.6　量子效率的测试　139　
6.1.7　响应带宽的测试　143　
6.2　基于二维超结构功分器的PIN光探测器阵列　144　
6.2.1　集成PIN光探测器阵列结构设计　145　
6.2.2　PIN光探测器阵列的制备　146　
6.2.3　实验测试与分析　146　
6.3　基于同心环高折射率差光栅反射镜的UTC光探测器　149　
6.3.1　单行载流子光探测器　149　
6.3.2　基于同心环光栅反射镜的UTC-PD　150　
6.3.3　结构设计与仿真　152　
6.3.4　实验测试与分析　154　
6.4　基于二维光栅功分器的UTC光探测器阵列　158　
6.4.1　UTC光探测器阵列　158　
6.4.2　集成UTC光探测器阵列结构原理　159　
6.4.3　集成UTC光探测器阵列结构设计　160　
6.4.4　实验测试与分析　160　
6.5　基于光栅反射镜的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　基于光栅反射镜的VCSEL的原理　171　
6.5.5　结构设计与仿真　171　
6.5.6　VCSEL的制备　176　
6.5.7　键合技术　179　
6.5.8　实验测试与分析　179　
6.6　具有偏振稳定功能的894nm高温VCSEL　180　
6.6.1　结构设计理论分析　180　
6.6.2　器件的结构设计　181　
6.6.3　仿真结果分析　183　
6.7　具有光束会聚功能的850nm单模VCSEL　187　
6.7.1　设计理论分析　187　
6.7.2　结构设计　188　
6.7.3　仿真结果分析　190
参考文献　191　
第7章　高折射率差超结构的未来发展趋势　196　
7.1　高折射率差超结构的展望　196　
7.2　新器件与新技术　197　
7.2.1　基于高折射率差超结构的耦合器　197　
7.2.2　基于高折射率差超结构的偏振分束器.　197　
7.2.3　基于高折射率差超结构的传感器　198　
参考文献　199