半导体激光器能带结构和光增益的量子理论(下册) 郭长志 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郭长志 著

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• 郭长志
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店铺： 北京群洲文化专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030473806

商品编码：29332675012

包装：圆脊精装

出版时间：2016-05-01

基本信息

书名：半导体激光器能带结构和光增益的量子理论(下册)

定价：168.00元

作者：郭长志

出版社：科学出版社

出版日期：2016-05-01

ISBN：9787030473806

字数：

页码：

版次：1

装帧：圆脊精装

开本：

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书讨论了达到设计所需精度的量子阱、量子线、和量子点的电子能带和能级的量子理论和设计计算,带间和子带间光跃迁几率和光增益的半径典量子理论和设计,应变效应及其对各维能带结构的影响、温度效应T0问题的物理机制，特别是俄歇复合的量子理论及其克服方案和设计,量子阱间耦合、载流子落入和逃逸时间的理论和设计。子带间量子级联激光器的理论和设计，其真正优点和局限性。扼要介绍全量子理论的量子光学和自发发射等理论问题

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《半导体激光器能带结构和光增益的量子理论(下册) 郭长志》图书简介 引言 在现代科技的浪潮中，半导体激光器以其卓越的性能、紧凑的体积以及广泛的应用领域，扮演着至关重要的角色。从光通信、数据存储到工业加工、医疗诊断，乃至前沿的量子信息科学，半导体激光器无处不在，推动着科技的进步和人类生活的便利。而理解半导体激光器的工作原理，深入剖析其能带结构与光增益的量子力学根源，是实现更高性能、更创新应用的关键。 《半导体激光器能带结构和光增益的量子理论(下册)》正是在这一背景下，对半导体激光器这一复杂而迷人的器件，进行了深入而系统的量子理论探讨。本书承接上册的理论基础，将目光聚焦于更为精深、更为贴近实际应用的层面，为读者构建起一套完整而严谨的理论框架。本书的著者郭长志教授，在半导体物理与量子光学领域享有盛誉，其深厚的学术造诣和清晰的讲解风格，使得这部著作既具理论深度，又兼具可读性。 本书核心内容概述 本书深入研究半导体激光器的核心物理机制，主要围绕以下几个关键方面展开： 第一部分：能带结构与电子-空穴动力学 周期势场中的电子行为： 追溯到量子力学的基础，本书首先回顾了在周期性晶格势场中电子的运动规律。通过布里叶级数展开和Bloch定理，清晰地阐述了电子波函数的周期性和能量本征态的形成。这为理解半导体材料的能带结构奠定了坚实的数学和物理基础。此处并非简单介绍，而是强调了其作为后续深入分析的起点，例如如何从晶格常数、原子种类等微观参数出发，推导出宏观的能带曲线。 能带理论的精进： 本书将深入探讨各种更为精确的能带计算方法，如K·P微扰理论、密度泛函理论（DFT）及其在半导体材料中的应用。这些方法能够更准确地描述不同材料体系（如III-V族、II-VI族化合物半导体，以及量子点、量子阱等低维结构）的价带顶、导带底以及它们之间的能量关系。特别地，对于应变效应、杂质效应、表面效应等对能带结构的影响，本书将给出详细的理论分析。例如，在分析量子阱的能带时，会详细推导量子化的能量本征值，以及这些量子化能级如何影响激子的形成和跃迁。 电子-空穴对的产生与湮灭： 在半导体中，光增益的产生直接源于电子-空穴对的形成与复合。本书将详细解析光吸收、电注入等机制如何激发电子-空穴对的产生。同时，也会深入探讨不同类型的载流子复合过程，包括辐射复合（生成光子）和非辐射复合（通过声子或缺陷耗散能量）。对于辐射复合，其速率和效率直接决定了光增益的大小，本书将通过量子力学理论，详细推导辐射复合速率的表达式，并分析其与电子-空穴浓度、能带结构以及材料特性的关系。 载流子动力学与输运： 除了产生与复合，载流子的空间输运也对激光器的性能有着重要影响。本书将分析电子和空穴在半导体中的扩散、漂移以及散射过程。通过玻尔兹曼输运方程的求解，可以描述载流子在电场和浓度梯度下的运动行为，理解载流子的弛豫时间、迁移率等关键参数。这对于优化器件结构，提高载流子注入效率和均匀性至关重要。 第二部分：光增益的量子理论 光与物质的相互作用： 本书将从量子电动力学的角度，系统地阐述光与半导体材料中电子-空穴系统之间的相互作用。利用微扰理论，详细推导了光吸收和光发射的跃迁概率。此处并非仅是提及，而是深入到涉及偶极跃迁规则、费米黄金定则等关键量子力学概念，定量分析光子与电子-空穴跃迁之间的耦合强度。 增益谱的形成与调控： 光增益的谱分布是半导体激光器光谱特性的直接反映。本书将基于推导出的跃迁概率，结合能带结构和载流子填充因子，详细分析半导体材料的稳态光增益谱。将重点讨论载流子密度、温度、应变、材料组分等因素对增益谱形状（如峰值增益、增益带宽、峰值位置）的影响。例如，对于量子阱激光器，会分析由于二维态密度导致载流子填充不均匀性如何影响增益谱的展宽和形状。 载流子填充与超快动力学： 在高注入速率下，载流子的填充分布会偏离准费米能级分布，即所谓的“非等温”载流子分布。本书将探讨如何利用更精确的动力学方程描述这种超快填充过程，以及它如何影响激光器的瞬态响应和短脉冲产生。理解这一点对于设计高功率、高效率、低阈值的新型半导体激光器至关重要。 光子与载流子的耦合： 光增益的本质是受激辐射，即已经存在的光子诱导了新的光子产生。本书将深入分析光子与电子-空穴跃迁之间的相互作用，推导出受激发射的速率。通过建立光子密度与载流子密度之间的耦合方程，最终形成描述激光器增益饱和效应的理论模型。 第三部分：特定半导体激光器结构与模型 量子阱、量子线、量子点激光器： 随着纳米技术的发展，低维半导体结构在激光器中的应用日益广泛。本书将专门探讨量子阱、量子线和量子点激光器的能带结构特点、载流子量子化效应以及它们对光增益的独特影响。例如，会详细分析量子点激光器由于其零维态密度带来的高增益、低阈值和窄谱宽优势，以及其理论建模的特殊性。 分布式反馈（DFB）和分布式布拉格反射（DBR）激光器： 为了实现窄谱宽、高边模抑制比的激光输出，周期性结构（如光栅）被引入半导体激光器中。本书将分析光栅结构如何与光场相互作用，形成周期性变化的折射率和增益，从而实现特定波长的选模。将介绍耦合波理论及其在分析DFB/DBR激光器工作原理中的应用。 量子级联激光器（QCL）的理论基础： 本书还会触及量子级联激光器这一特异的半导体激光器类型。QCL的工作机制与传统半导体激光器不同，其增益来源于电子在能级间的级联跃迁，而非电子-空穴复合。本书将介绍其能带工程设计、载流子动力学以及跃迁机制的理论模型。 本书的特色与价值 《半导体激光器能带结构和光增益的量子理论(下册)》的价值体现在其以下几个方面： 理论的严谨性与系统性： 本书以量子力学为核心，构建了从基础理论到具体应用的完整理论框架。每一个概念都经过严谨的数学推导和物理阐释，确保了理论的精确性和可靠性。 内容的深度与广度： 除了核心的能带结构和光增益理论，本书还涵盖了载流子动力学、不同维度结构激光器、新型激光器类型等多个重要方面，为读者提供了全方位的知识体系。 理论与应用的结合： 本书在阐述理论的同时，始终关注其在实际半导体激光器设计和性能优化中的应用。例如，通过分析不同因素对增益谱的影响，为器件的参数设计提供了理论指导。 清晰的逻辑与易读性： 著者郭长志教授凭借其丰富的教学经验，将复杂深奥的量子理论以清晰的逻辑和条理的叙述方式呈现给读者。虽然是专业性很强的著作，但努力做到易于理解和掌握。 目标读者 本书适合于以下读者群体： 研究生及博士生： 正在从事半导体物理、量子光学、器件物理、光电子学等相关领域研究的硕士和博士研究生，本书将是他们深入理解半导体激光器机理、开展前沿研究的必备参考。 科研人员与工程师： 在半导体材料、器件研发、激光器设计与制造等领域的科研人员和工程师，本书能够帮助他们建立扎实的理论基础，解决实际工程问题，推动技术创新。 高等院校教师： 致力于半导体物理、量子力学、固体物理、光电子学等课程教学的教师，本书能够为其提供丰富的教学素材和深入的理论支撑。 对半导体激光器感兴趣的专业人士： 任何希望深入了解半导体激光器工作原理的专业人士，本书都将为其提供一条通往深度理解的路径。 结语 《半导体激光器能带结构和光增益的量子理论(下册)》是一部承载着深厚学术积淀的著作，它不仅为读者揭示了半导体激光器背后的量子奥秘，更为实际的器件研发和技术创新提供了坚实的理论基石。通过系统学习本书，读者将能够更深刻地理解半导体激光器的本质，为未来的研究和应用开辟更广阔的道路。

评分☆☆☆☆☆

这本《量子力学导论：从微观到宏观》简直是打开了我对物理世界理解的一扇全新的大门。作者在讲解波函数、薛定谔方程这些核心概念时，没有陷入过于枯燥的数学推导，而是巧妙地结合了大量的实际物理图像和生活中的类比，让初学者也能快速抓住问题的本质。尤其对量子叠加态和测量问题的讨论，作者的阐述非常深入且富有启发性，不同于以往我读过的教材那种冷冰冰的公式堆砌，这本书更像是一位经验丰富的导师，循循善诱地引导你思考“究竟什么是真实”。书中对不确定性原理的解释尤为精妙，它不仅仅是数学上的限制，更是对我们认识世界能力的一种深刻哲学反思。后面的内容涉及散射理论和微扰论时，难度有所提升，但作者在每一步的逻辑衔接上都做得非常扎实，让人感觉每一步都是水到渠成的结论，而不是硬塞进来的知识点。读完前几章后，我发现自己对以往模糊的量子概念清晰了很多，甚至开始尝试去分析一些更复杂的物理现象。这本书的阅读体验是极其流畅且富有智力挑战的，推荐给所有对基础物理感兴趣的探索者。

评分☆☆☆☆☆

我对《材料科学中的热力学与相变》这本书的感受是非常复杂且深刻的。首先，它的深度是毋庸置疑的，内容涵盖了从基本的吉布斯自由能计算到复杂的非平衡相变过程，几乎涵盖了现代材料热力学研究的全部前沿领域。这本书的独特之处在于它极其强调“过程”而非“结果”。例如，在讨论晶体生长时，作者花费了大量的篇幅来剖析形核的能量壁垒和界面动力学，这使得最终形成的微观结构与其热力学驱动力之间的联系变得清晰可见。不过，必须承认，这本书的门槛相当高。对于没有扎实化学热力学基础的读者来说，前几章可能需要反复阅读才能完全消化其中复杂的偏摩尔量概念和化学势的运用。我个人认为，这本书更适合作为研究生阶段的参考书，而不是入门读物。它像一把精密的刻刀，要求读者已经具备了基本的几何结构概念，才能更好地体会作者如何通过热力学框架来雕刻材料的命运。每一次翻阅，都能发现一些之前忽略的细节，特别是关于梯度材料稳定性的分析部分，提供了一种全新的视角来看待材料的设计问题。

评分☆☆☆☆☆

《计算流体力学基础与应用》这本书，从一个偏向工程应用的角度来看，可以说是一部非常实用的“工具书”。它的结构安排极具条理性，首先从离散化理论入手，详细讲解了有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）的推导过程和网格生成技术，这对于任何想自己搭建求解器的人来说都是无价的宝藏。作者在介绍完基本守恒方程的数值解法后，立刻转入了对湍流模型（如RANS，LES）的介绍，并且没有停留在理论层面，而是附带了大量的代码示例和后处理技巧。我特别欣赏它在“稳定性和收敛性”一章中的处理方式，清晰地指出了哪些数值格式在处理激波或边界层分离时容易出现振荡，并提供了相应的稳定化策略。这本书的语言风格非常直接和务实，几乎没有冗余的哲学讨论，一切都围绕着如何让方程跑起来，并且跑得正确。对于刚接触CFD的工程师来说，这本书提供了从原理到实践的完整闭环，读完后能立刻上手解决实际工程中的对流-扩散问题。

评分☆☆☆☆☆

我最近在研读的这本《高级光学成像技术原理》提供了一种对光与物质相互作用的全新、高度精密的审视。这本书的叙事线索主要围绕信息是如何通过光学系统进行编码、传输和解码展开的。作者对傅里叶光学在成像中的应用进行了极其详尽的阐述，从衍射理论出发，逐步构建了点扩散函数（PSF）和光学传递函数（OTF）的完整数学框架。与其他偏向实验操作的书籍不同，这本书着重于理论极限和性能瓶颈的解析。例如，关于超分辨成像（如STED或PALM/STORM）的章节，它并没有简单地罗列实验步骤，而是深入剖析了激发态动力学和光漂白过程对分辨率的根本性制约，并展示了如何通过巧妙的调制来实现突破。书中对偏振态在复杂介质中演化的讨论也尤为精彩，使用了琼斯矩阵和穆勒矩阵的组合分析，极大地提高了对偏振成像系统性能评估的准确性。这本书的阅读体验是高度智力化的，它要求读者不仅要理解数学模型，更要能将模型与实际的光学元件的物理特性对应起来，适合那些希望在理论层面深入理解成像系统设计者。

评分☆☆☆☆☆

《凝聚态物理中的拓扑材料》这本书，为我打开了一扇通往奇异物质形态的大门。它不是一本传统意义上的固体物理教材，更像是一部关于“分类学”和“不变量”的著作。作者从数学拓扑学的角度切入，清晰地解释了为什么某些材料的电子性质是体态绝缘而边缘导电的，这种性质的“鲁棒性”是如何由晶格对称性和拓扑不变量保障的。书中对布洛赫电子的 Berry 视角，特别是 Berry 几何相位的引入，处理得非常优雅且具有洞察力。例如，对二维电子气中的霍尔效应的讨论，不再仅仅停留在经典能带模型，而是通过引入规范场概念，使得量子霍尔效应的非零拓扑荷变得直观可感。书中的图示虽然不多，但每一个概念图都承载了巨大的信息量，特别是关于倒易空间的缠绕和分形结构的展示，极大地帮助我建立了对这些抽象概念的空间感。这本书的价值在于，它将看似不相关的数学工具（如微分几何）与具体的物理现象（如拓扑绝缘体、Weyl半金属）紧密联系起来，为研究人员提供了一套强大的理论武器来识别和设计新型功能材料。