Thin Film Micro-Optics

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出版者:Elsevier Science
作者:Ruediger Grunwald
出品人:
页数:306
译者:
出版时间:2007-4-20
价格:USD 143.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780444517463
丛书系列:
图书标签:
  • 薄膜
  • 微光学
  • 光学薄膜
  • 微结构光学
  • 集成光学
  • 光子学
  • 光学器件
  • 薄膜技术
  • 微纳光学
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具体描述

'Thin-film microoptics' stands for novel types of micro optical components and systems which combine the well-known features of miniaturized optical elements with the specific advantages of thin optical layers. This approach enables for innovative solutions in shaping light fields in spatial, temporal and spectral domain. Low-dispersion and small-angle systems for tailoring and diagnosing laser pulses under extreme conditions as well as VUV-capable micro optics can be realized. Continuous-relief micro structures of refractive, reflective and hybrid characteristics are obtained by vapor deposition technologies with shadow masks in rotating systems. The book gives a comprehensive overview on fundamental laws of micro optics, types of thin-film micro optical components, methods and constraints of their design, fabrication and characterization, structure transfer into substrates, optical functions and applications. Recent theoretical and experimental results of basic and applied research are addressed. Particular emphasis will be laid on the generation of localized, non diffracting few-cycle wave packets of extended depth of focus and high tolerance against distortions. It is shown that the spectral interference of ultra broadband conical beams results in spatio-temporal structures of characteristic X-shape, so-called X-waves, which are interesting for robust optical communication. New prospects are opened by exploiting small conical angles from nanolayer micro optics and self-apodized truncation of Bessel beams leading to the formation of single-maximum non diffracting beams or 'needle beams'. Thin-film micro optical beam shapers have an enormous potential for future applications like the two-dimensional ultrafast optical processing, multichannel laser-matter interaction, nonlinear spectroscopy or advanced measuring techniques. This book: introduces a new and promising branch of micro optics; gives a compact overview on the types, properties and applications of the most important micro optical components containing valuable data and facts; helps to understand the basic optical laws; reports on the historical development line of thin-film micro optics; provides brand new results of research and development in the field of ultrashort-pulse laser beam shaping and diagnostics; discusses the future trends and first approaches of next generation micro optics; and, contains a carefully assorted glossary of the most important technical terms.

《先进材料与纳米结构集成技术》 图书简介 本书聚焦于前沿材料科学与微纳尺度结构工程的交叉领域,深入探讨了新一代功能性材料的制备、表征及其在复杂系统中的集成应用。全书结构严谨,内容涵盖了从基础理论到尖端实践的多个维度,旨在为材料学家、光电子工程师以及从事微系统集成的研究人员提供一本全面且深入的参考指南。 第一部分:前沿功能材料的合成与调控 本部分首先对当前快速发展的几类关键功能材料进行了系统梳理。重点关注了具有特殊电学、磁学和光学性质的材料体系,如二维(2D)材料、拓扑绝缘体以及新型钙钛矿材料。 第一章:二维材料的规模化制备与缺陷工程 本章详细阐述了石墨烯、过渡金属硫化物(TMDs)以及黑磷等二维材料从实验室制备到工业化生产面临的挑战与最新突破。内容包括化学气相沉积(CVD)技术在控制晶粒尺寸、层数均匀性方面的最新进展。同时,深入分析了材料本征缺陷(如空位、间隙原子)如何影响其电子能带结构和载流子迁移率。我们探讨了通过精确的退火、掺杂或等离子体处理来“工程化”这些缺陷,以实现材料性能的定制化,特别是针对性地调控其光吸收或电荷传输特性。对于二维材料的垂直堆叠异质结的构建方法,例如分子束外延(MBE)和溶液辅助转移技术,也进行了详尽的比较和分析。 第二章:新型半导体与光响应材料的晶体生长 本章侧重于第三代半导体(如氮化镓GaN、碳化硅SiC)以及下一代光电转换材料——金属卤化物钙钛矿的晶体生长动力学。在GaN方面,重点讨论了衬底选择对位错密度控制的重要性,并介绍了侧翼生长(sidewall epitaxy)技术在构建高功率电子器件中的应用。针对钙钛矿,我们不仅回顾了传统溶液旋涂法,更详细分析了真空蒸镀和反溶剂辅助结晶等技术如何有效抑制晶界缺陷和相分离,从而提升器件的长期稳定性和光电效率。特别地,引入了对碘化物与有机阳离子比例的精确控制如何影响材料的带隙调谐范围。 第二章:光子学与等离激元学基础 本部分将视角转向材料与光相互作用的物理基础,为后续的结构设计奠定理论基础。 第三章:亚波长光波导理论与模式耦合 本章从麦克斯韦方程组出发,推导了在具有高折射率对比度结构中光波的横向和纵向传播特性。详细分析了脊波导、包层波导以及槽波导的有效折射率模型,并引入了模式耦合理论,解释了如何通过耦合器(如定向耦合器、光栅耦合器)实现光能在不同波导间的无损传输。内容强调了非线性光学效应(如自相位调制、四波混频)在超快光通信中的潜在应用,并讨论了这些效应与波导尺寸和材料非线性系数的依赖关系。 第四章:表面等离激元共振与局域场增强 本章深入探讨了金属纳米结构(如金、银纳米粒子、纳米线阵列)与光相互作用产生的表面等离激元(SPP)现象。内容包括德拜(Drude)模型的修正,以及洛伦兹振子模型对等离激元共振峰的解释。重点分析了局域表面等离激元共振(LSPR)如何实现对入射光的强力捕获和场强放大,这在表面增强拉曼散射(SERS)和高灵敏度生物传感中具有核心地位。此外,还介绍了消逝场耦合技术和角分辨透射光谱法在探测和调控等离激元模式方面的应用。 第三部分:复杂系统的微纳加工与集成技术 本部分是连接材料科学与工程应用的桥梁,聚焦于如何将前述功能材料精确地结构化并集成到功能器件中。 第五章:高精度光刻与刻蚀技术 本章全面概述了从传统紫外光刻到下一代电子束光刻(EBL)和聚焦离子束(FIB)的应用。重点讨论了EBL在纳米尺度特征定义中的高分辨率优势,并分析了光刻胶的选择、曝光剂量控制以及后续的掩模制作工艺。在刻蚀方面,详细对比了干法刻蚀(如反应离子刻蚀RIE、深反应离子刻蚀DRIE)与湿法刻蚀的优劣。特别关注了各向异性刻蚀在形成高深宽比结构时的参数优化,例如等离子体成分、气体压力和射频功率对侧壁形貌的影响。 第六章:异质集成与三维构建策略 本章探讨了将不同材料(如III-V族半导体、硅、铌酸锂)集成到同一平台(如硅基或二氧化硅基)上的关键技术。内容包括键合技术(如直接键合、聚合物辅助键合)在晶圆级异质集成中的作用。此外,针对复杂的微纳结构,本章引入了增材制造技术(如双光子聚合)在快速原型制作和填充空腔方面的能力。深入分析了如何利用倒装焊(Flip-Chip Bonding)和微环阵列技术实现光电器件的阵列化和大规模并行连接。 第七章:器件性能的电学与光学表征 本书以系统的表征方法作为收尾,强调了精确测量对于优化器件性能的决定性作用。本章涵盖了光致发光光谱(PL)、时间分辨荧光寿命成像(TRPL)用于评估材料的载流子复合效率。在电学测试方面,详细介绍了半导体PN结的开尔文探针(Kelvin Probe)测量法以确定功函数和肖特基势垒高度。此外,还专门介绍了一种非接触式的光束探针技术,用于在器件工作状态下(In-situ)实时监测电场分布和载流子浓度梯度,为设计与优化提供了实时的反馈机制。 目标读者: 材料科学、物理学、电子工程、光电子学、微纳机电系统(MEMS/NEMS)领域的博士生、研究生、科研人员及行业工程师。

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