●譯者序
原書序
原書前言
貢獻者
第1篇引言
第1章無晶圓廠硅光子3
1.1引言3
1.2硅光子：下一個無晶圓廠半導體產業5
1.2.1光子學歷史背景6
1.3硅光子應用7
1.3.1數據通信7
1.4技術挑戰與研究現狀9
1.4.1波導與無源器件9
1.4.2調制器10
1.4.3光電探測器11
1.4.4光源12
1.4.5光–電集成方法13
1.5機遇14
1.5.1器件工程14
1.5.2光子繫統工程15
1.5.3工具與支持性基礎設施16
1.5.4基礎科學17
1.5.5工藝標準化與多項目晶圓發展18
參考文獻19
第2章硅光子建模與設計方法27
2.1光波導模式求解28
2.2光波傳輸29
2.2.1三維時域有限差分法(3DFDTD)29
2.2.2二維時域有限差分法(2DFDTD)33
2.2.3其他傳輸仿真方法33
2.2.4無源光器件35
2.3光電模型35
2.4微波建模36
2.5熱建模36
2.6光子回路建模37
2.7物理版圖38
2.8軟件工具集成38
參考文獻40
第2篇光無源器件
第3章光學材料與光波導47
3.1絕緣襯上硅47
3.1.1硅48
3.1.2氧化硅49
3.2光波導50
3.2.1光波導設計50
3.2.2一維平板光波導——分析方法51
3.2.3光波導的數值建模51
3.2.4一維平板波導——數值仿真51
3.2.5有效折射率法55
3.2.6有效折射率法——解析法56
3.2.7光波導模場分布——2D計算56
3.2.8光波導寬度——有效折射率60
3.2.9波長相關性62
3.2.10光波導的緊促模型64
3.2.11光波導損耗65
3.3彎曲波導66
3.3.1彎曲波導3DFDTD仿真68
3.3.2本征模彎曲模擬69
3.4問題71
3.5仿真代碼72
參考文獻90
第4章光器件建模基礎93
4.1定向耦合器93
4.1.1光波導模式求解方法95
4.1.2相位98
4.1.3實驗數據100
4.1.4FDTD建模100
4.1.5制造敏感性102
4.1.6條形波導103
4.1.7寄生耦合104
4.2Y分支107
4.3馬赫–曾德爾干涉儀110
4.4環形諧振器111
4.4.1光傳輸函數112
4.4.2環形諧振器實驗結果113
4.5布拉格光柵濾波器114
4.5.1布拉格光柵理論114
4.5.2布拉格光柵濾波器設計116
4.5.3布拉格光柵濾波器實驗123
4.5.4光柵制造的實證模型127
4.5.5螺旋布拉格光柵132
4.5.6相移布拉格光柵134
4.5.7多周期布拉格光柵135
4.5.8基於光柵的定向耦合器136
4.6問題138
4.7仿真代碼138
參考文獻161
第5章光輸入/輸出165
5.1光子芯片與光纖耦合的挑戰165
5.2光柵耦合器165
5.2.1性能167
5.2.2耦合理論167
5.2.3設計方法170
5.2.4實驗結果181
5.3邊緣耦合器182
5.3.1納米錐波導邊緣耦合器183
5.3.2層疊波導邊緣耦合器187
5.4偏振188
5.5問題190
5.6仿真代碼190
參考文獻217
第3篇光有源器件
第6章光調制器223
6.1等離子體色散效應223
6.1.1硅的載流子濃度相關性223
6.2pn結相移器225
6.2.1pn結載流子分布225
6.2.2光相位響應227
6.2.3小信號響應228
6.2.4pn結TCAD數值仿真229
6.3微環調制231
6.3.1微環可調性232
6.3.2小信號調制響應234
6.3.3環形調制器設計235
6.4前向偏置pin結236
6.4.1可調光衰減器236
6.5有源可調238
6.5.1pin相移238
6.5.2熱相移239
6.6熱光開關242
6.7問題243
6.8仿真代碼244
參考文獻266
第7章光電探測器268
7.1性能參數268
7.1.1響應度268
7.1.2帶寬269
7.2光電探測器制造272
7.3光電探測器類型274
7.3.1光導探測器274
7.3.2pin探測器275
7.3.3雪崩光電探測器275
7.4光電探測器設計要素278
7.4.1pin結方向278
7.4.2光電探測器幾何尺寸279
7.4.3接觸280
7.4.4外部負載281
7.5光電探測器建模282
7.5.13DFDTD光學仿真282
7.5.2電學仿真285
7.6問題288
7.7仿真代碼288
參考文獻302
第8章激光器305
8.1外部激光器305
8.2激光器建模306
8.3協同封裝308
8.3.1預制激光器308
8.3.2外部諧振腔激光器309
8.3.3刻蝕嵌入式外延310
8.4混合集成激光器310
8.5單片集成激光器311
8.5.1III-V族單片生長312
8.5.2锗激光器313
8.6其他類型激光光源314
8.7問題315
參考文獻315
第4篇繫統設計
第9章硅光子回路建模323
9.1光子回路建模的必要性323
9.2繫統設計中的器件324
9.3緊促模型325
9.3.1經驗回路或等效回路326
9.3.2S參數326
9.4定向耦合器——緊促模型327
9.4.1FDTD仿真327
9.4.2FDTDS參數328
9.4.3經驗模型——多項式331
9.4.4S參數模型的無源性332
9.5環形調制器——回路模型336
9.6光柵耦合器——S參數338
9.6.1光柵耦合器回路339
9.7仿真代碼340
參考文獻362
第10章硅光子設計工具和技術363
10.1工藝設計套件363
10.1.1制造工藝參數365
10.器件庫367
10.1.3原理圖繪制368
10.1.4回路輸出369
10.1.5原理圖生成版圖370
10.1.6設計規則檢查374
10.1.7版圖與原理圖對照檢查376
10.2掩模版圖377
10.器件377
10.2.2光電測試版圖378
10.2.3快速GDS版圖布版方法378
10.2.4有效空間的GDS版圖布版方法379
參考文獻381
第11章硅光子晶圓制造383
11.1制造非均勻性383
11.1.1光刻輪廓384
11.1.2角分析385
11.1.3芯片上非均勻性與實驗結果386
11.2問題393
參考文獻394
第12章硅光子測試與封裝395
12.1電互連和光互連395
12.1.1光互連395
12.1.2電互連400
12.2光探針自動化測試臺402
12.2.1光探針自動化測試臺構成404
12.2.2測試軟件406
12.2.3操作流程406
12.2.4光測試儀器409
12.3測試設計410
12.3.1光功率預算412
12.3.2布版注意事項412
12.3.3設計審查和核對表413
參考文獻415
第13章硅光子繫統實例418
13.1基於波分復用的光發射器418
13.1.1基於硅微環WDM的光發射器原理418
13.1.2共總線WDM光發射器420
13.1.3調制–復用WDM光發射器421
13.1.4結論423
參考文獻423
彩圖

硅光子技術在電信通信、數據中心、高性能計算、傳感、航空航天等領域的廣泛應用，特別是隨著CMOS(互補金屬氧化物半導體)技術的持續發展，光子技術與電子技術的融合有望最終取代電子技術。本書詳細地介紹了硅光子技術，從光無源器件到光有源器件，從功能結構設計到芯片制造，從制造到測試，從器件回路到繫統回路，從理論分析計算到仿真等，涵蓋器件結構原理、設計、制造、封測、仿真等全流程，結合大量實例詳細說明硅光子從器件到繫統各個環節的關鍵要素，並輔以仿真計算源代碼供學習和參考。本書共四篇，第1篇介紹硅光子發展及其應用，包括硅光子研究現狀、技術挑戰和發展機遇；第2篇介紹光無源器件，包括光學材料和光波導、基本功能結構和光輸入／輸出結構；第3篇介紹光有源器件，包括光調制器、探測器和激光光源；第4篇介紹繫統設計，包括硅光子回路模型、設計工具、制造、封測和硅光子繫統。本書可作為光電子相關專業的大學本科及研究生教材，亦可等