半导体激光器速率方程理论-半导体激光器设计理论I-(下册) 郭长志 97870304790 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郭长志 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030479020

商品编码：29402612776

包装：圆脊精装

出版时间：2016-06-01

图书基本信息
图书名称	半导体激光器速率方程理论-半导体激光器设计理论I-(下册)
作者	郭长志
定价	138.00元
出版社	科学出版社
ISBN	9787030479020
出版日期	2016-06-01
字数
页码
版次	1
装帧	圆脊精装
开本
商品重量	0.4Kg

内容简介

本书分三章，章详细讨论半导体异质结构的注入(激发)及其电流机制、能带图表述、并着重探讨与新近垂直腔面发射激光器的发展密切相关的多层同型异质结理论。同时也为速率方程理论的建立提供坚实的物理和理论背景，并打好编程计算的基础。第二章建立为光子与电子相互作用作微观唯象表述的速率方程组、详细探讨光限制因子的全量子理论、并讨论电子和光子相互作用动平衡静态解，如阈值及其无阈值微腔效应、光功率-电流特性、端面返射、激光模式及其出射光束结构、模式竞争和转换等静态现象。第三章则将深入探讨半导体激光器包括延迟、激光过冲、和张弛振荡三个基本过程的瞬态行为、小信号的电流、光流、和微波加热三种调制方式及其调制带宽的理论、控制、和设计。大信号简谐调制及其调制带宽、脉码调制及其眼图的行为、不稳定和双稳态现象、振幅和相位噪音、抖动等*过程及其与谱线宽度的关系等动力学行为及其控制、设计、和应用

作者简介

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文摘

序言

《半导体激光器速率方程理论-半导体激光器设计理论I-(下册)》 著者： 郭长志 出版社： 科学出版社 ISBN： 97870304790 内容梗概： 本书作为《半导体激光器设计理论I》的下册，深入剖析了半导体激光器速率方程理论及其在实际设计中的应用，旨在为读者提供一套系统、详实、富有洞察力的理论指导和实践参考。本书内容紧密围绕速率方程这一核心概念展开，从微观的载流子和光子动力学出发，层层递进，直至宏观的激光器性能分析与优化。全书结构严谨，逻辑清晰，理论推导严密，并通过丰富的图表和实例进行阐释，力求让读者对半导体激光器的内部运行机制及其设计原则有深刻的理解。 第一部分：速率方程理论基础回顾与拓展 本部分首先对速率方程理论进行了系统性的回顾与梳理，确保读者对基础概念有扎实的掌握。这包括对载流子注入、辐射复合（包括受激辐射、自发辐射、俄歇复合）、非辐射复合（如缺陷诱导的非辐射复合）等基本过程的物理机制进行详细讲解。在此基础上，本书进一步拓展了速率方程的应用范围，引入了更多影响激光器性能的关键因素。 多载流子速率方程： 深入探讨了不同能级上载流子浓度的演变，特别是在多量子阱（MQW）结构中，需要考虑束缚态载流子和扩展态载流子的相互作用，以及它们在不同阱与势垒间的传输过程。这对于理解MQW激光器的阈值特性、量子效率以及高注入下的载流子填充效应至关重要。 光子速率方程与激射过程： 详细阐述了光子密度随时间的变化，强调了受激辐射在建立激光振荡中的核心作用。本书深入分析了增益饱和效应，即当光子密度升高时，自由载流子吸收（FCA）效应和载流子填充效应如何影响了材料的净增益，从而影响激光器的输出功率和光谱特性。 腔内损耗与光子寿命： 对腔内损耗进行了细致的分解，包括反射损耗、吸收损耗、散射损耗以及光束在增益介质中的衍射损耗等。通过引入光子寿命的概念，本书将腔内损耗与光子密度和净增益联系起来，为理解阈值电流、微分效率等关键参数提供了理论基础。 载流子寿命与复合机制： 详细分析了不同复合机制对载流子寿命的影响。特别是对俄歇复合效应的深入剖析，解释了其在高载流子密度下对激光器效率的严重制约，以及如何在材料设计和结构优化中加以抑制。 第二部分：速率方程在半导体激光器设计中的应用 本部分将理论与实践紧密结合，展示了如何运用速率方程理论来指导半导体激光器的具体设计。 阈值电流的分析与优化： 详细分析了影响阈值电流的各种因素，如材料增益、腔长、腔镜反射率、载流子注入效率、复合速率等。通过速率方程，可以定量地预测阈值电流，并提出针对性的优化策略，例如通过优化增益区厚度、载流子限制层设计、腔长缩短以及提高腔镜反射率等手段来降低阈值电流。 输出功率与微分效率的分析： 运用速率方程模型，对激光器的输出功率特性进行深入研究。解释了输出功率与注入电流之间的非线性关系，并分析了导致输出功率饱和的原因，如增益饱和、载流子浓度的限制以及俄歇复合的显著影响。本书还详细讲解了如何通过优化结构参数来提高激光器的微分效率，例如通过优化增益区结构、降低内部损耗以及提高载流子注入效率。 调制特性分析： 速率方程理论是分析半导体激光器动态响应和调制特性的基础。本书详细阐述了如何利用速率方程来描述激光器的瞬态行为，包括光强度和相位随注入电流变化的动态过程。通过求解速率方程的线性化模型，可以计算出激光器的特征频率、阻尼振荡频率以及带宽限制等关键参数，为设计高速光通信激光器提供理论依据。 光谱特性分析： 尽管速率方程本身主要关注载流子和光子的动力学，但本书也探讨了速率方程与激光器光谱特性之间的联系。例如，增益饱和效应会影响各纵模的增益，从而影响激光器的多模或单模输出特性。本书会提及如何通过腔体设计、增益材料选择以及电流分布控制来影响光谱特性。 非线性效应与高功率激光器设计： 针对高功率半导体激光器的设计，本书深入分析了各种非线性效应的影响，如增益饱和、载流子锁定、热效应以及光诱导损伤等。通过速率方程模型，可以预测这些效应在高注入电流下的表现，并提出相应的抑制或利用策略。例如，通过优化热管理设计，采用特殊的高功率结构，以及控制材料特性来减轻这些非线性效应。 分布式反馈（DFB）和分布式布拉格反射器（DBR）激光器分析： 书中还专门讨论了周期性结构（如DFB和DBR）对激光器性能的影响。通过将周期性结构引入速率方程模型，分析了其对增益、损耗以及光谱选择性的作用，为设计窄线宽、高模式选择性激光器提供了理论指导。 第三部分：实验验证与数值模拟 本书不仅强调理论的严谨性，也重视理论与实践的结合。 实验测量技术： 简要介绍了与速率方程模型相关的关键实验测量技术，例如测量阈值电流、微分效率、调制带宽、光谱特性以及载流子寿命等。通过对比理论预测和实验结果，可以验证速率方程模型的准确性。 数值模拟方法： 详细介绍了如何利用数值方法求解速率方程，包括时间域和频率域的仿真技术。通过数值模拟，可以对各种激光器结构和参数进行系统性的参数扫描和性能评估，从而加速设计过程并发现最优设计方案。本书可能会提及一些常用的数值模拟软件或算法。 本书的特点与价值： 理论体系完整： 本书系统地阐述了半导体激光器速率方程的理论基础，从最基本的物理过程到复杂的动力学行为，形成了一个完整的理论框架。 实践指导性强： 理论分析紧密结合实际设计需求，为半导体激光器的性能优化提供了切实可行的指导。 内容深入浅出： 尽管涉及复杂的物理理论，但本书通过清晰的逻辑、直观的图表和丰富的实例，力求使读者能够深入理解。 面向读者广： 本书适合从事半导体激光器研究、开发和生产的工程师、研究人员，以及相关专业的博士生和高年级本科生。 总而言之，《半导体激光器速率方程理论-半导体激光器设计理论I-(下册)》是一本不可多得的，在半导体激光器理论与设计领域具有重要价值的著作。它为读者提供了一个深入理解激光器工作原理、分析其性能、并最终实现高性能激光器设计的强大工具。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我当初选这本书，很大程度上是因为作者的声望和其在半导体激光器研究领域的贡献。我一直关注着这个领域的发展，知道郭长志教授在速率方程理论和激光器设计方面有着非常卓越的成就。拿到这本书，我并没有立刻埋头苦读，而是先粗略地翻阅了一下目录和一些关键章节。给我最直观的感受是，这本书的内容非常“扎实”，几乎没有“水分”。每一个章节的标题都直接指向了核心技术点。比如“增益光谱的形状与特性”、“阈值电流的计算与影响因素”、“动态特性分析”等等，这些都是半导体激光器设计中绕不开的关键问题。我尝试阅读了关于“量子效率”的章节，作者在解释载流子到光子转换效率时，非常细致地分析了辐射复合效率、内量子效率、外量子效率等多个层面的影响因素，并且给出了相应的计算公式和实验验证方法。这种严谨的治学态度，让我对这本书的内容充满了信心。对我而言，这本书不仅仅是一本教科书，更是一份宝贵的参考资料，可以帮助我理解更深层次的科学问题，并为我的研究工作提供坚实的理论支撑。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最深刻的体验，是一种“从宏观到微观，再从微观回到宏观”的思维模式的强化。一开始，它会从宏观的半导体激光器工作原理入手，介绍其作为一种光源的基本特性和应用。然后，它会逐步深入到微观层面，比如电子在能带中的跃迁、激子形成、光子与电子的相互作用，以及速率方程的微观推导过程。让我觉得尤其珍贵的是，在理解了这些微观机理之后，这本书又将我们带回到宏观，解释这些微观过程如何共同决定了激光器的宏观性能，比如输出功率、光谱特性、动态响应等。这种由浅入深，由表及里的讲解方式，让我对半导体激光器的理解不再停留在概念层面，而是能够理解其内在的物理机制。我喜欢书中那种“抽丝剥茧”式的分析方法，例如在分析速率方程的解时，它会考虑不同的工作条件和参数变化，然后展示方程的动态响应。这种分析让我能够更好地预测和控制激光器的行为。这本书就像一个精心设计的“探险地图”，引导我一步步深入了解半导体激光器这个复杂而迷人的世界。

评分☆☆☆☆☆

我个人一直对光学领域的某些前沿课题抱有浓厚的研究兴趣，尤其是那些能够转化为实际应用的技术。在选择阅读材料时，我倾向于那些既有扎实理论基础，又能体现最新研究动态的著作。这本书恰好满足了我的需求。它在阐述半导体激光器速率方程理论时，逻辑清晰，层层递进，从最基础的粒子数方程开始，逐步引入了光子数方程，再到能量守恒和动量守恒等物理约束，直至最终形成完整的速率方程组。作者在推导过程中，对每一个变量的物理意义都进行了详细的解释，使得读者能够深刻理解这些方程背后所蕴含的物理过程。我特别欣赏书中对非线性效应的讨论，比如载流子浓度的饱和效应、光子诱导的激子猝灭等，这些都是影响激光器性能的关键因素，而本书对这些内容的分析可谓鞭辟入里，给了我很大的启发。此外，书中还涉及了一些半导体材料的能带结构、量子阱结构以及不同类型半导体激光器（如DFB、VCSEL）的设计考量，这使得理论与实际设计紧密结合，展现了作者深厚的理论功底和丰富的工程经验。总的来说，这是一部能够极大地提升读者对半导体激光器理论理解深度和广度的重要著作。

评分☆☆☆☆☆

作为一名工程技术人员，我更看重的是书籍是否能为我解决实际问题提供指导。我手里有几本关于激光器的书籍，但很多都偏重于原理介绍，对于如何“设计”出一台性能优越的半导体激光器，着墨不多。这本书的“设计理论”部分，给了我很大的惊喜。它不仅仅停留在理论层面，而是深入探讨了影响激光器性能的关键设计参数，比如材料选择、器件结构、腔体设计、工作电流的优化等等。书中对如何根据不同的应用需求（比如输出功率、波长稳定性、调制速率等）来选择合适的材料和设计方案，提供了非常具体和实用的指导。我尤其对书中关于如何抑制寄生振荡、优化增益谱、减少损耗的章节印象深刻，这些都是在实际设计中经常会遇到的难题，而本书提供的解决方案非常有参考价值。我尝试将书中的一些设计理念应用到我的工作中，确实发现了一些可以改进的地方，并且看到了实际的效果。这本书就像是我手里的一本“操作手册”，让我不再仅仅是“知道”理论，而是能够“做到”，能够根据理论去指导实践。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计我一直挺喜欢的，那种深邃的蓝色背景，配上银灰色的书名和作者名，总给人一种神秘而严谨的感觉。我第一次翻开它的时候，是冲着“半导体激光器”这个主题来的，毕竟这东西在现代科技里应用太广了，从光通信到激光焊接，甚至到一些医疗器械，都离不开它。我之前对相关内容有过一些零散的了解，但总觉得不够系统，不够深入。读了这本书，我最大的感受是，虽然我对具体的数学推导很多时候只是“懂个大概”，但它真的把我之前那些碎片化的知识点给串联起来了。比如，它会讲到激射条件，讲到阈值电流，讲到腔内损耗和增益的关系，这些概念在我的脑子里立刻变得清晰起来。尤其是一些图示，比如能量子能级图、光腔模型图，对我理解那些抽象的概念非常有帮助。我特别喜欢它在介绍一个理论模型之后，会立刻给出一些实际应用的例子，这样就不会觉得理论是孤立的，而是有血有肉的。而且，作者的语言风格虽然学术，但并不晦涩难懂，很多地方都能感受到作者希望读者真正理解背后的原理，而不是死记硬背。这本书给我的感觉，就像是走进了一个精密仪器的内部，看到了它如何运转，每一个部件的作用是什么，这种“洞悉本质”的快感，是我作为一个爱好者最渴望的。