潜在市场:
生物光子学：超小样品检测芯片 纳米光子学 (纳米尺度检测及加工) 光逻辑处理与光计算
其他领域:
光学仪器 光学材料处理 光谱研究等
集成光电子学的理论基础
两大理论基础：物理光学和光电子学 还涉及：电磁场与电磁波、信息光学、
非线性光学、半导体物理基础、晶体光 学、薄膜光学、导波光学、微电子工艺 基础
英国海底光缆枢纽
思考：对比光缆和 电缆的使用环境， 有什么区别，为什 么？
光传输的优势
电磁干扰小 无电流短路及接地问题 无静电火花 尺寸小重量轻 价格便宜
光电子集成的终极应用目标之一是光计算机，以光作为载体， 实现个人计算机，将提高现有计算机速度100-1000倍，存储容 量提高一百万倍。目前美国，英国，以色列等国家都积极开展 相关研究。Intel等芯片厂商已经取得突破性进展。
另一个问题
既然光信号和电信号传输速 度相同，为什么我们说光通 信比电子通讯更具优势呢？
教科书关于光通信好的答案
光纤传输带宽约10GHz甚至更高， 而同轴电缆仅50MHz左右。因此利 用光纤可传输的信号大约为同轴电 缆的104倍。
请问你是否已经理解了这段话的含义呢？
为什么带宽大就能支持更快的传输速 度，带宽是什么含义？
从下面的图片能对集成光电子 有什么感性认识？
为什么集成芯片越来越小？
Intel为Apple设计的新一代USB传输芯片，使用集成光互连技术，可实现 6.25 Gbit/s的数据传输速度
与现有USB电信号数据传输相比： USB 1.1 1.5Mbit/s USB 2.0 60Mbit/s
思考：为什么光互连芯片数据交换 速度大幅提高？
通过这么课学什么？两个要点
分组大作业：分别利用BPM和FDTD方 法完成两个典型集成光电子学器件的设 计，锻炼大家的团队协作能力，及实际 问题解决能力。
联想式教学：通过对光与电相关现象的 对比，深入理解专业问题。
什么是集成光电子学
在英语里集成光电子两个最普遍的称呼： ---PLC（planar lightwave circuit） ---OEIC（optical-electronic integrated circuit）
近年来集成光电子学在生物传感与医疗 领域得到广泛运用，生物集成芯片成为 集成光电子学重要应用领域之一
集成光电子的产生
是对大规模集成电路的继承和发展 探讨将激光器、调制器、探测器、无源
器件等集成在同一衬底上的光电原理及 制造方法 用光子来取代电子作为信息载体
应用领域
已有广泛成熟市场的领域: 光纤通信: 光纤, 调制器, 光互连模块, PLC收发模块等 光传感：光纤传感和分布式传感芯片 光存储：光盘、全息 光学应用：半导体激光器、信息处理芯片等
带宽
带宽是以赫兹为单位、 在频域内信号的傅里 叶变换功率在一个特 定门限之上、例如与 最大值差在 3dB 的之 内的频率范围。信号 带宽是信号随着时间 波动速度的一个度量， 这样，带宽越大，信 号的变化越快。
注意傅里叶变换的数学关系，频域信号宽则意味着时域信号窄， 也就是说带宽大，时域信号窄，那么单位时间内可传输的信号位 就多，进而传输速率就大
对Байду номын сангаас个例子的思考
USB1.1和2.0是基于同轴电缆的电子传 输技术，而Intel新开发的USB设备基于 光子互连，进而提高了1000倍的传输速 度，是否意味着光信号的传输速度比电 信号更高呢？
为什么光互连能比电传输获得更高的速 度？
两个基本问题
光信号和电信号哪个传输的快？ 光子和电子哪个传输的快？
电信号和电子传输速度
同轴电缆里电信号的传输速度接近光速 在电线里电信号的传输是依靠电场
电场加上后电流马上产生，电流产生的速 度和电场产生的速度相当
但电流全局移动的速度（电子移动速度） 则相对缓慢很多，在集成电路芯片里电子 移动速度约每秒60公里
电信号和光信号传输速度相同，但电子速 度与光子速度相差很远
考核方式（系规定：3学分全部 闭卷）
平时成绩占40%，考试成绩占60% 平时成绩由到课率、2次分组设计大作
业、课上回答问题及表现三部分组成。 考试内容及授课理念：不死记硬背，考
试没有公式，没有记忆内容。只要课上 理解就能答出。
教学方式探索
“织网式”教学：知识点由点到面—— 将光电三年来课程的主要知识点融会贯 通
(集成光电子学导论)绪论
关于教材《微纳光子集成》何赛灵
08级选用西安交大唐天同的《集成光电子 学》，但该教材主要面向研究生教学，因此 难度比较深，且内容比较陈旧，多为90年代 研究内容
本教材编自2010年，内容接近集成光电子发 展前沿，且自己参与了教材的编写，对内容 更熟悉。
课件会上传到Blackboard平台，可自由下载， 因此不想买教材的可以不买。
集成光电子学不是光学应用的一个子方向，而是一种 全新的光学技术实现平台。也就是说将原有的尺寸大 的、空间的光电系统，用一个单片的，超紧凑的芯片 实现，但功能不变。
一些例子
通过这些例子我们先感性认识一下集成 光电子学是研究什么的
特别注意理解一些基本概念
斯坦福大学的集成显微镜 便携式检测
Lab on a chip 微损伤检测
再思考
光纤传输带宽是电缆的104倍，那么以 USB 2.0为参照，新的光互连芯片应该 实现至少600Gbit/s的传输速度，但为什 么现在只是6 Gbit/s？
受到调制技术的限制，这点在第710章会再展开探讨
如果说20世纪是电子的世纪,
21世纪则是光子的世纪
20世纪: 电学电子学 电子技术（模电数电） 电子工业 微电子工业
光子将带来1000倍甚至更多的传输速度提升
21世纪: 光子世纪 光学光子学 (理论) 光子技术发展
光子工业 ->全光网络 纳米和生物光子学
思考
前面提到光纤可传输的信号大约为同轴 电缆的104倍，是否这已经是极限，能 否再提高？
注意光还具有波长、偏振、相位等多种信息 参量。前面提的传输容量仅限于单波长，如 果在同一根光纤里使用不同波长传输不同信 号，不同偏振传输不同信号，是否速度可以 进一步增加呢？