(集成光电子学导论)复习VIP

集成光电子学导论复习考试说明全部为简答题及设计题：没有死记硬背，不需记忆公式，只需根据自己理解来回答，答案合理即可。每章一题(教材2/4章不考)附加题1题：没有标准答案，为课程综合设计应用题，根据回答的整体情况，取前6计A+特别注意：考试侧重于考察平时知识的理解，给分原则也是以学生对知识点的理解程度为依据，所以建议复习时能完整看一遍课件。光在波导内稳定传输满足的条件？只有大于临界角，且满足本征方程的几个特定角度才能在波导内传输！所以，能够稳定传输的θ0是不连续的。光在光纤或波导内的场分布形式xz0-h光强0-hE1E2E3正弦余弦振荡指数衰减指数衰减思考：该方程中各字母的物理意义是相位的单位1、2界面全反射时产生的相位1、3界面全反射时产生的相位K为x方向的波矢波导内全反射古斯汉欣位移的产生，及其应用

相位不存在突变之说，相位的产生途径只有一个，即传输一段距离，即相位变化源自于光纤的结构特征及其原因工作层有两层二氧化硅，芯层包层折射率差很小，芯层厚度仅10微米左右波导模式及多模干涉现象“模”：麦克斯韦方程组在给定边界条件下的本征解。边界条件：即给定的光学结构，在集成光电子学里，即给定的波导结构，如三层平板波导、同心圆柱形的光纤、矩形横截面的波导等多模干涉请思考相干条件不同模式是否符合相干条件？波长相同、相差恒定、振动方向相同对一个多模波导或光纤，你是否能辨别出每个模式？线性独立本征解的线性叠加影响平板波导本征解数量的因素芯层厚度越厚，解越多芯层折射率越大，解越多芯层包层折射率差别越大，解越多思考：二氧化硅波导、三五族化合物波导和硅波导分别来制作阵列波导光栅，哪个更小，为什么？第三章光波导耦合器要求：以大作业为基础，灵活掌握本章内容重点掌握：光波导耦合器的常用原理，如定向耦合器、多模干涉、Y分支等衡量耦合器性能的主要参数：附加损耗和分光比思考：能量耦合的初略计算E1高斯光高斯光耦合进入单模平板波导后怎么传输？有多少能耦合进去？如果这个波导有两个模式呢？E2哪个模式能量多？分束器设计尝试设计一个1:3分束比的功分器尝试设计一个1:1:1分束比的功分器尝试设计一个分束比可调的两路功分器定向耦合器OpticalpowerPropagationdistance3dBdirectioncoupler多模干涉耦合器如何让多模干涉后的像更清晰？Y分支马赫泽德干涉仪微环谐振器及其相关器件微共振环工作原理重点围绕大作业二，能自主利用该结构面向给定应用开展设计共振条件思考：以闪耀光栅为例，思考其共振行为有何特有现象自由光谱范围、分辨率回忆：课上提到的一些应用可调滤波器：聚合物热光效应，铌酸锂电光效应带通（较宽带）滤波器OADM光加减复用器光开关阵列传感器第六章集成光电子材料与制作掌握集成光电子学常用材料及对应应用掌握典型集成光电子器件的制作工艺平板波导、条形波导、脊形波导、渐变折射率波导集成光电子材料材料芯层折射率@1550nm芯层/包层材料芯层/包层折射率差损耗dB/cm@1550nmSiO21.45Ge:SiO2/SiO20-0.5%0.05Si3.4-3.5Si/SiO250-70%0.1InP3.2inP、GaAs/空气~100%3LiNbO32.2Ag(Ti):LiNbO3/LiNbO30.5%0.5聚合物(如PMMA)1.3-1.7都是聚合物，靠配比改变折射率差0-35%0.1集成光电子材料材料应用SiO2光通信应用的无源器件材料Si集成芯片，光通信无源材料，太阳能电池InP/GaAs/AlGaAS等三五族半导体激光器，探测器，放大器，电光调制器LiNbO3目前最好的电光调制器，声光调制器聚合物(如PMMA)热光效应，潜在的电光效应平面光波导的类型平板波导条形（矩形）波导nhighnlownlownhighnlow脊形波导nhighnlownlow1-d光限制2-d光限制claddingcladdingcorecorecladding阶跃折射率光纤渐变折射率(GRIN)光纤corecladding氧化硅、聚合物硅、三五族铌酸锂渐变折射率波导VAgNO3LiNbO3AgLi这类波导有什么用？集成光器件的分类有源器件：用于光信号产生，检测，调制及放大（半导体激光器，光调制器，光放大器，光探测器）无源器件：不对光信号形式产生任何改变，只改变光传播路径等（光耦合器，光纤光栅，阵列波导光栅，光滤波器等）集成光电子器件标准工艺掩膜制作薄膜沉积光刻技术刻蚀技术整个过程就像一次洗胶卷过程。把设计好的图形先做成胶卷，然后再在底片上显影有图像的胶卷波导结构：空白相纸将胶卷图案转移到相纸感光胶上定影:将像固定在相纸，即波导上两大关键问题：选择性方向性：各向同性/各向异性待刻材料的刻蚀速率掩膜或下层材料的刻蚀速率横向刻蚀速率纵向刻蚀速率图形转移过程演示图形转移＝光刻＋刻蚀知道常用波导结构的制作流程氧化硅硅请根据本章内容分析上述波导横截面结构，都可以采用何种工艺流程制作出来第八章波分复用器波分复用技术及波分复用器光纤光栅原理、应用及制作刻蚀衍射光栅和阵列波导光栅的工作原理

波长选择系统的工作类型

光波长选择系统的三种应用(a)单纯的滤波应用；(b)波分复用器中应用；(c)波长路由器中应用光滤波器l1,l2,l3,l4l2,l3,l4l1(a)波分复用器(b)l1l2l3l4l1,l2,l3,l4波长路由器l1,l2,l3,l4l1,l2,l3,l4(c)1111222l1,l2,l3,l42112l1,l2,l3,l412212光纤光栅——波长滤波器思考：如何由光栅方程推导光纤光栅的共振条件l1

l2

…

lnl2

…

lnl1l1l1l1l1l1l1λ1布拉格（Bragg）共振条件满足共振条件时，如果光栅足够厚，对共振波长将接近100%的能量被反射是否曾经讲过类似的Bragg共振？光纤光栅的类型均匀周期光栅非均匀周期光栅（啁啾光栅）光栅周期影响什么？光纤激光器的光纤光栅谐振腔足够长，接近100%反射率较短，部分反射，部分透射类比如图光纤激光器的结构，请猜测光纤放大器的构成形式啁啾光纤光栅用于色散补偿光纤光栅在传感中的运用刻蚀衍射光栅阵列波导光栅思考：阵列波导光栅和刻蚀衍射光栅哪个理论上性能更好？第八章表面等离子波掌握基于棱镜耦合的表面等离子工作结构及原理什么情况可以产生表面等离子共振为什么会有类似分布的探测曲线为什么只有TM偏振才能激发表面等离子波为什么只有金属和介质表面才会有这种表面等离子波表面等离子波是什么倏逝波（古斯汉欣位移）的应用近场光学显微镜光纤倏逝波生物传感器表面等离子体光学器件倏逝波小结对TE偏振不存在符合条件的介质，而对TM偏振符合特定条件就有可能形成z向传输的导模TM偏振要想在两种介质的表面形成沿z向稳定传输的导模光波，必须要求两介质介电常数符号相反，且和小于零；表面等离子体波三个特征长度第九章光子晶体波导及器件思考：半导体是什么？尝试由半导体的基本特征思考光的半导体——光子晶体应该长什么样

本征半导体的原子结构和共价键共价键内的电子称为束缚电子价带导带挣脱原子核束缚的电子称为自由电子价带中留下的空位称为空穴禁带EG外电场E自由电子定向移动形成电子流束缚电子填补空穴的定向移动形成空穴流本征半导体直接带隙与间接带隙半导体kE直接带隙材料，效率高kE间接带隙材料，效率低能带---波矢图跃迁选择定则:跃迁的始末态应具有相同的波矢半导体的特征？周期性结构完好的周期性排列不会导电：禁带周期性被破坏才会导电：价带

导带根据这些线索思考一下光子晶体（光的半导体）应该是什么样子的？光子晶体周期性结构光能在哪存在？如果周期性排列的结构只有在中间被打破了，猜测一下发生了什么？猜测一下这有什么应用？回忆生活中是否有类似光子晶体的应用？（对某些波段光禁止传播的结构）眼镜片上镀了抗紫外膜，能够阻止紫外光透过。那么光学薄膜是否是光子晶体呢？光学薄膜：周期性排列的膜层——一维光子晶体类光子晶体现象的思考我们能透过微波炉看到食物加热过程，但里面的微波却出不来。思考其中原因微波炉的金属网，是否可以认为是微波的半导体呢？第十章硅光子学为何硅成为光电一体化集成的首选材料硅基光电集成的途径：单片集成和混合集成硅基有源器件发展现状光电子集成的困境目前可变度过大

不同的光学材料

不同的元件原理和类型

不同的工作波长范围因此:对不同应用没有通用制作技术

没有批量化生产的工艺平台

价格高昂集成光电子技术要想取代集成微电子，找到一个统一、可批量化生产的工艺平台至关重要硅光集成为何以硅集成为目标？优点：折射率大，集成密度高可直接使用微电子CMOS工艺可同时集成光器件和微电子器件价格低缺点：无源：偏振