微纳光子集成

1969年，贝尔实验室的S.E.Miller首次提出了“集成光学”（integratedoptics）的概念，从此揭开了光子器件集成化研究的序幕。在过去几十年，光子集成相关理论以及制备技术都得到了长足的发展。本书首先介绍了光波导基础理论（第一章）、光波导器件数值模拟技术（第二章、第三章）等。人们也研发了基于各种材料的不同光波导结构，适用于不同场合的需求。本书在第四章则对各类光波导（包括最新发展的硅纳米光波导等）基本特性以及相关制备工艺进行了介绍。光纤通信的兴起，为集成光子器件的发展提供了充分驱动力和无可比拟的契机。经过多年的发展，人们已经研制出一系列用于光通信的高性能集成光子器件。除了长距离光纤通信系统以外，光纤到户(FTTH)接入网掀起了光纤通信发展的新一轮机遇。因此，在第五章，本书重点介绍了针对光纤到户系统需求的新型集成光子器件，使读者对此新方向也有一定了解。在第六章、第七章则分别介绍了光通信系统中最具代表性的集成光子器件，包括波分复用器、微环滤波器等。利用微环谐振效应，还可以实现具有高灵敏度的集成光传感器件。尤其是硅纳米光波导出现以后，微环传感器受到广泛关注。本书第七章对其最新进展作了相关介绍。正如集成电子电路的发展历程一样，光集成也正朝着更高集成度的方向发展。所谓更高集成度，包含两层含义：1.单个光器件具有更小的尺寸；2.单个芯片上集成有更多的功能器件。为了实现更高集成度的目标，必须设计出超小尺寸的光波导结构。基于表面等离子体波的金属光波导课题突破衍射极限，为未来实现纳米光子集成提供了一种途径。为此，本书第八章对最新发展的表面等离子金属光波导的原理、结构以及发展前景进行了详细的介绍。光子晶体波导则是另一种新型光波导，在近几年也得到广泛的关注和迅速发展。本书第九章对此进行了总结和介绍。此外，硅光子学（siliconphotonics）是当前集成光学的热点研究领域之一。它将硅材料和光子学结合在一起，研究硅材料或硅基材料上实现各种光子功能器件的制作和集成，形成一个独特的学科研究方向。本书在第十章着重介绍了硅光子学的最新进展。