[理学]集成光学-01.ppt

集 成 光 学 集成光学的基本理论 集成光学器件及系统 制作集成光学器件的材料与主要工艺 光波导参量的测量 第一讲 集成光学概论 －集成光学的概念 集成光学的特点 集成光学的发展和现状 研究集成光学的意义 集 成 光 学 的 概 念 概念的提出和实现 1969年，Miller博士提出了集成光学的概念 1972年，Somekh和Yariv提出了在同一衬底上同时集成光、电子器件的构想 1972年至今，研究人员开始利用各种材料、多种制备方法制作集成光学器件 集 成 光 学 的 概 念 概 念 －将半导体激光器、光调制器、接收器等光子和光电子元件为核心集成，以具有一定功能的体系为标志 内容 －多功能、稳定、可靠的光集成体系和混合光电集成体系 集 成 光 学 的 概 念 应用领域 －光纤通信 －光纤传感技术 －光学信息处理 －光计算机 －光存储 集 成 光 学 的 概 念 理论基础 －光学 －光电子学 * 现代光学 工艺基础 －薄膜技术 －微电子工艺技术 集 成 光 学 的 特 点 特点 －用集成光路代替集成电路 －用导光波的介质平面光波导和光 学纤维代替电线或者同轴电缆 集 成 光 学 的 特 点 集成光学系统与离散光学器件系统的比较 集成光路与集成电路的比较 光纤与电传输线的比较 集成光学系统与离散光学器件系统的比较 离散光学器件系统 －非集成，组装和调整困难 －器件体积和重量大，构成的系统大约 是l平方米的数量级，光束的粗细大约为1cm －稳定性差，光束的调准困难 集成光学系统与离散光学器件系统的比较 集成光学器件系统 光波在光波导中传播 集成化带来的稳固定位 对振动和温度等环境因素的适应性较强 器件尺寸和相互作用长度的缩短；相关的电子器件的工作电压也较低 功率密度高 体积小，集成光学器件一般集成在厘米尺度的衬底上；重量轻。 集成光路与集成电路的比较 集成电路 1947年发明晶体管。1957年发明集成电路 目前已经实现超大规模集成 电信号易受电磁场干扰 电子器件处理信号的速率受限制 集成光路与集成电路的比较 集成光路 －带宽增加 －波分复用 －多路开关 －耦合损耗小 －可靠性高 初具规模，部分实现市场化 集成光路与集成电路的比较 光纤与电传输线的比较 光纤与双绞线电缆损耗的比较 光纤与电传输线的比较 光纤与同轴电缆损耗的比较 光纤与电传输线的比较 光纤的优点 －带宽很宽，传输的信息量大 －传输损耗小 －电磁干扰小 －不存在电的短路或接地问题 －在易燃区安全 －必威体育官网网址性好，难于窃听 －尺寸小，重量轻 －价格低廉，原材料丰富 集成光学的发展和现状 发展 1962年开发出半导体同质结激光二极管 1963年提出双异质结构半导体激光二极管，并对其工作原理作了深入研究 1967年出现的异质结外延生长技术，拉开了半导体激光器实用化的序幕 1970年实现激光二极管的室温连续工作 1970年研制成功低损耗光纤 集成光学的发展和现状 现状 光波导材料 －半导体（GaAs、InP、Si等） －无源介质材料（LiNbO3、ZnO等） －无定形材料（聚合物和玻璃） 半导体激光器及阵列、光放大器、调制器等 低损耗光纤（0.2dB/km ） 集成光学的发展和现状 现状 理论研究 －器件新原理 －器件设计概念 －器件结构设计 －器件功能模拟 －器件特性参数计算 集成光学的发展和现状 现状 数值计算方法 －传递矩阵方法(TMN: transfer matrix method) －光束传播法(BPM: beam propagation method) －时域有限差分法(FDTD: finite difference time domain) －有限元法(FEM: finite element method) 集成光学的发展和现状 未来 光子晶体 微谐振腔 微腔激光器 纳米量子线导光 等离子体基元表面波 集成光学的发展和现状 未来 光子晶体波导在小型化、高集成度的高密度密集集成光路中有巨大的发展潜力 表面等离子体基元波导为发展尺度远小于现在能够达到水平的纳米集成光路提供可能 纳米量子线波导与纳米尺度的微腔和激光器结合，有望成为结构紧凑、小尺寸的高密度密集纳米集成光路的关键组