Photonik

Kern des Buches ist die integrierte Optik - unter besonderer Berücksichtigung von III/V-Halbleitern. Die Hinzunahme aktiver Bauelemente zu den Konzep­ ten der integrierten Optik führt zur Optoelektronik. Für alle Erscheinungen und Anwendungen, bei denen neben Elektronen Photonen eine wichtige Rolle spielen, hat sich als Oberbegriff das Kunstwort "Photonik" (in Anlehnung an die Bezeichnung Elektronik) herausgebildet. Viele Autoren und Autorinnen verwenden es synonym für Optoelektronik und speziell integrierte Optoelek­ tronik. Die Optoelektronik wird in dem vorliegenden Buch vornehmlich, aber nicht nur vor dem Hintergrund ihrer Anwendungen in der optischen Nachrichten­ technik gesehen. Auch neuere, sich erst in jüngster Zeit entwickelnde An­ wendungsfelder, wie die Mikrosytemtechnik, werden kurz behandelt. Viele der vorgestellten Konzepte greifen auf Prinzipien der klassischen Optik, aber auch auf die moderne Optik, wie etwa die Fourier-Optik, zurück. Daher wer­ den in den Anfangskapiteln die notwendigen Grundlagen erläutert. Es ist erstaunlich, wie viele Konzepte der klassischen Optik in den modernen An­ wendungen eine Renaissance erleben. Für viele moderne Bauelemente der integrierten Optik und Optoelektronik werden Strukturen mit quantenmechanischen Abmessungen im Bereich von wenigen Nanometern verwendet. Auf ihre Funktionsweise wird besonders ein­ gegangen. Die Herstellung solcher Strukturen ist nicht ohne moderne epitak­ tische Kristallwachstums- und Lateralstrukturierungsverfahren denkbar, auf die ebenfalls hingewiesen wird.

1 Einleitung.- 2 Prinzipien der Optik.- 2.1 Fermatsches Prinzip.- 2.2 Abbildungen.- 2.3 Maxwellsche Gleichungen und Wellengleichung.- 2.4 Gaußsche Strahlenbündel.- 2.5 Fresnelsche Formeln.- 2.6 Überlagerung von Wellen.- 3 Fourier-Optik.- 3.1 Fourier-Optik und Fraunhofer-Beugung.- 3.2 Kohärente optische Filterung.- 3.3 Modulationstransferfunktion.- 4 Holografie.- 4.1 Grundprinzip der Holografie.- 4.2 Weißlichtholografie.- 4.3 Holografische optische Elemente (HOE).- 5 Lineare Wechselwirkung von Licht und Materie.- 5.1 Absorption, stimulierte und spontane Emission.- 5.2 Absorption und Brechung.- 5.3 Elektrooptische Effekte.- 6 Halbleiter.- 6.1 Energiebänder.- 6.2 Ladungsträgerkonzentrationen.- 6.3 pn-Übergänge.- 6.4 Heteroübergänge.- 6.5 Quantenmechanische Strukturen.- 6.6 Metall-Halbleiter-Übergänge.- 7 Herstellung integriert-optischer Bauelemente.- 7.1 Materialien.- 7.2 Epitaktische Vertikalstrukturierung.- 7.3 Lateralstrukturierung durch Lithografie.- 8 Optische Wellenleitung.- 8.1 Prinzipien.- 8.2 Filmwellenleiter, effektiver Brechungsindex.- 8.3 Streifenwellenleiter.- 8.4 Wellenleiterkrümmungen und -knicke.- 9 Halbleiterlaser.- 9.1 Grundprinzipien aller Laser.- 9.2 Aufbau von Halbleiterlasern.- 9.3 Eigenschaften von Halbleiterlasern.- 9.4 Halbleiterlaser mit quantenmechanischen Strukturen.- 9.5 Oberflächenemittierende Halbleiterlaserdioden.- 10 Modulatoren.- 10.1 Klassifizierungen.- 10.2 Amplituden-/Intensitätsmodulatoren.- 11 Räumliche optische Schalter.- 11.1 Grundformen.- 11.2 Modenkopplung beim elektrooptischen Richtkoppler.- 11.3 Nichtlinearer optischer Richtkoppler.- Schlußbemerkungen.- Sachwörterverzeichnis.