目 錄

第1章 緒論 1
1.1 硅基光電子學(xué) 1
1.1.1 硅基光電子學(xué)的高速發(fā)展 1
1.1.2 硅基光電子學(xué)的技術(shù)挑戰(zhàn) 2
1.2 硅基集成光源 5
1.2.1 硅基Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體混合集成光源 6
1.2.2 硅基稀土離子摻雜光源 11
1.2.3 硅基應(yīng)變鍺光源 12
1.3 硅基摻鉺光源 15
1.3.1 硅基摻鉺光源的發(fā)展 15
1.3.2 硅基摻鉺氧化鋁光源 16
1.3.3 鉺硅酸鹽光源 22
參考文獻(xiàn) 28
第2章 摻鉺材料體系的光發(fā)射理論與建模 35
2.1 鉺離子光發(fā)射原理 35
2.1.1 鉺離子的基本性質(zhì) 35
2.1.2 鉺離子的光輻射理論 36
2.2 摻鉺材料體系中的非輻射能量轉(zhuǎn)移 38
2.2.1 激發(fā)態(tài)吸收 38
2.2.2 合作上轉(zhuǎn)換 38
2.2.3 交叉弛豫 39
2.2.4 多聲子弛豫 40
2.2.5 鉺離子濃度猝滅 40
2.2.6 鉺鐿離子間的能量轉(zhuǎn)移 41
2.2.7 鉺離子的發(fā)光效率 42
2.3 摻鉺材料體系的參數(shù)理論 42
2.3.1 Judd-Ofelt理論 43
2.3.2 McCumber理論 43
2.3.3 Forster-Dexter能量轉(zhuǎn)移理論 45
2.4 摻鉺材料體系的能級(jí)模型與速率方程 46
2.4.1 980 nm泵浦的鉺離子能級(jí)模型與速率方程 46
2.4.2 1480 nm泵浦的鉺離子能級(jí)模型與速率方程 48
2.4.3 980 nm泵浦的鉺鐿材料體系能級(jí)模型與速率方程 49
參考文獻(xiàn) 53
第3章 摻鉺材料制備與發(fā)光特性優(yōu)化 55
3.1 摻鉺薄膜材料的制備 55
3.2 摻鉺薄膜結(jié)構(gòu)表征 57
3.2.1 摻鉺薄膜的晶格結(jié)構(gòu)表征 57
3.2.2 摻鉺薄膜的SEM表征 59
3.2.3 摻鉺薄膜的TEM表征 59
3.2.4 摻鉺薄膜的AFM表征 62
3.2.5 摻鉺薄膜的應(yīng)力表征 65
3.3 摻鉺薄膜發(fā)光性能測(cè)試 71
3.3.1 摻鉺薄膜PL譜、發(fā)光壽命測(cè)試方法 71
3.3.2 摻鉺氧化鋁薄膜發(fā)光性能測(cè)試 73
3.3.3 鉺硅酸鹽薄膜發(fā)光性能測(cè)試 73
參考文獻(xiàn) 82
第4章 硅基集成摻鉺光波導(dǎo)放大器 84
4.1 摻鉺光波導(dǎo)放大器建模 84
4.2 光波導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 87
4.2.1 硅基摻鉺薄膜混合型光波導(dǎo)放大器 87
4.2.2 硅基氮化硅-摻鉺薄膜多層條形加載型光波導(dǎo)放大器 90
4.2.3 硅基摻鉺薄膜-氮化硅狹縫型光波導(dǎo)放大器 93
4.3 波導(dǎo)損耗分析 94
4.3.1 散射損耗 95
4.3.2 彎曲損耗 100
4.3.3 吸收損耗、非線性損耗 102
4.4 光放大性能分析 103
4.5 光波導(dǎo)放大器性能測(cè)試 106
4.5.1 波導(dǎo)增益測(cè)試 106
4.5.2 波導(dǎo)損耗測(cè)試 109
4.6 硅基摻鉺光波導(dǎo)放大器單片集成 110
參考文獻(xiàn) 113
第5章 硅基集成摻鉺光波導(dǎo)激光器 114
5.1 激光諧振腔 114
5.1.1 波導(dǎo)型激光諧振腔基本結(jié)構(gòu) 114
5.1.2 基于F-P諧振腔的激光特性建模 117
5.1.3 基于布拉格光柵的激光特性建模 118
5.2 硅基摻鉺光波導(dǎo)激光器的設(shè)計(jì)與分析 121
5.2.1 硅基摻鉺F-P腔型光波導(dǎo)激光器的設(shè)計(jì)與性能分析 121
5.2.2 硅基摻鉺光柵型光波導(dǎo)激光器的設(shè)計(jì)與性能分析 124
5.3 基于混合型諧振腔的硅基摻鉺光波導(dǎo)激光器的設(shè)計(jì)與分析 134
5.3.1 基于泵浦光諧振外腔的硅基摻鉺光波導(dǎo)激光器 134
5.3.2 基于信號(hào)光諧振外腔的硅基摻鉺光波導(dǎo)激光器 138
5.3.3 基于泵浦-信號(hào)共諧振混合腔的硅基摻鉺光波導(dǎo)激光器 142
5.3.4 基于狹縫型DFB諧振腔的硅基摻鉺光波導(dǎo)激光器 149
5.3.5 硅基摻鉺光波導(dǎo)激光器的制備工藝與集成方案 156
參考文獻(xiàn) 158
第6章 硅基摻鉺材料-半導(dǎo)體異質(zhì)集成光源 161
6.1 硅基摻鉺材料-半導(dǎo)體異質(zhì)集成光源的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 162
6.1.1 器件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 162
6.1.2 垂直泵浦諧振腔設(shè)計(jì) 164
6.1.3 半導(dǎo)體泵浦有源層設(shè)計(jì) 166
6.1.4 混合波導(dǎo)耦合設(shè)計(jì) 167
6.1.5 摻鉺增益層設(shè)計(jì) 168
6.2 硅基摻鉺材料-半導(dǎo)體異質(zhì)集成光源的理論建模 170
6.2.1 半導(dǎo)體異質(zhì)集成光源建模 170
6.2.2 器件光放大特性建模 174
6.3 硅基摻鉺材料-半導(dǎo)體異質(zhì)集成光源的性能分析 177
6.3.1 泵浦特性 177
6.3.2 光放大特性 178
6.3.3 頻率響應(yīng)特性 179
6.3.4 硅基摻鉺材料-半導(dǎo)體異質(zhì)集成光源的工藝制備方案 181
參考文獻(xiàn) 182
第7章 高增益單晶鉺硅酸鹽化合物納米線光源 185
7.1 鉺硅酸鹽納米線器件的制備和表征 185
7.1.1 管式爐化學(xué)氣相沉積法材料生長(zhǎng) 185
7.1.2 鉺硅酸鹽納米線的結(jié)構(gòu)表征 187
7.1.3 鉺硅酸鹽納米線的轉(zhuǎn)移 189
7.2 鉺硅酸鹽納米線器件的光放大增益測(cè)試 191
7.2.1 光放大增益測(cè)試平臺(tái) 191
7.2.2 損耗測(cè)試結(jié)果分析 192
7.2.3 增益測(cè)試結(jié)果分析 194
7.3 鉺硅酸鹽納米線上轉(zhuǎn)換激光器 195
7.3.1 激光測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方法 195
7.3.2 光致發(fā)光測(cè)試結(jié)果分析 197
參考文獻(xiàn) 202