半导体太赫兹源、探测器与应用 曹俊诚 9787030334022 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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曹俊诚 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030334022

商品编码：29490210926

包装：精装

出版时间：2012-02-01

基本信息

书名：半导体太赫兹源、探测器与应用

定价：98.00元

作者：曹俊诚

出版社：科学出版社

出版日期：2012-02-01

ISBN：9787030334022

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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太赫兹(THz)科学与技术是一个应用前景广泛、发展极其迅速的交叉学科前沿领域。THz波具有不同于微波、红外光以及x射线的特点，其研究与应用涉及物理学、材料科学、生命科学、天文学、信息技术和国防安全等多个领域。曹俊诚编著的《半导体太赫兹源探测器与应用(精)》主要以原始论文、尤其是以作者课题组的工作为基础，对半导体THz辐射源与探测器的基本原理、模拟与设计、器件研制方法以及THz通信与成像应用等，做了比较系统的阐述。

内容提要

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本书主要论述了半导体太赫兹（THz）辐射源与探测器的基本原理、模拟与设计、器件研制方法以及THz通信与成像应用等。全书共分11章，包括章THz波产生、探测与应用概述；第2章THz场与低维半导体的相互作用及高场电子输运；第3章电子学THz振荡器与器件模拟；第4章THz半导体负有效质量振荡器非线性动力学；第5章THz场作用下微带超晶格非线性动力学；第6章石墨烯THz光电特性；第7章THz半导体量子级联激光器；第8章THz半导体量子阱探测器；第9章THz波的传输；0章THz通信；1章THz成像。
本书适合从事THz、红外、微波、天文和生物医学等领域的工程技术人员，以及大专院校和科研院所相关专业的本科生、研究生和科研工作人员参考。

目录

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前言
章 THz波产生、探测与应用概述
1.1 引言
1.2 THz波的产生
1.3 THz波的探测
1.4 THz波的应用
1.5 小结
参考文献
第2章 THz场与低维半导体的相互作用及高场电子输运
2.1 THz场与异质结的相互作用
2.1.1 引言
2.1.2 THz场作用下异质结的电子输运
2.1.3 THz场作用下异质结的多光子辅助吸收
2.1.4 THz场感生的异质结带间碰撞离化
2.1.5 小结
2.2 THz场作用下量子阱的光吸收
2.2.1 引言
2.2.2 光场作用下量子阱中电子的哈密顿量
2.2.3 量子阱子带间泵浦-探测光吸收
2.2.4 量子阱子带跃迁的相干控制
2.2.5 THz场作用下量子阱子带占据数和吸收
2.2.6 THz场作用下量子阱带间光吸收
2.2.7 小结
2.3 THz场作用下超晶格的光吸收
2.3.1 引言
2.3.2 准玻色表象及激子运动方程
2.3.3 THz场作用下超晶格的光吸收与极化
2.3.4 小结
2.4 半导体高场电子输运
2.4.1 引言
2.4.2 多能谷半导体高场电子输运
2.4.3 非抛物半导体高场电子输运
2.4.4 多能谷非抛物带半导体的碰撞离化过程
2.4.5 小结
参考文献
第3章 电子学THz振荡器与器件模拟
3.1 p型量子阱THz负有效质量振荡器
3.1.1 引言
3.1.2 负有效质量半导体稳态输运
3.1.3 THz电流振荡模式与频率
3.1.4 小结
3.2 基于带内反射点负微分电导的THz振荡器
3.2.1 引言
3.2.2 基于带内反射点的THz振荡器设计
3.2.3 带内反射点THz振荡器模拟
3.2.4 小结
3.3 隧穿注入渡越时间THz振荡器
3.3.1 引言
3.3.2 量子传输边界方法
3.3.3 器件的直流及小信号输运特性
3.3.4 小结
3.4 双势垒共振隧穿结构THz振荡器
3.4.1 引言
3.4.2 维格纳-泊松耦合模型
3.4.3 共振隧穿结构的Ⅰ-Ⅴ特性
3.4.4 共振隧穿结构的THz电流振荡
3.4.5 共振隧穿结构快速开关特性
3.4.6 小结
3.5 半导体器件的流体动力学模拟
3.5.1 引言
3.5.2 抛物性流体动力学平衡方程器件模拟
3.5.3 非抛物能带半导体器件模拟
3.5.4 多能谷非抛物能带半导体器件模拟
3.5.5 小结
参考文献
第4章 THz半导体负有效质量振荡器非线性动力学
4.1 引言
4.2 THz负有效质量振荡器混沌动力学
4.2.1 直流偏置下的THz振荡
4.2.2 周期态和混沌态之间的转变
4.3 THz负有效质量振荡器的场畴模式
4.4 THz场作用下电流的庞加莱分支图
4.5 THz场作用下电流的功率谱分支图
4.6 小结
参考文献
第5章 THz场作用下微带超晶格非线性动力学
5.1 微带超晶格振荡器中时空电场畴和负微分电导
5.1.1 引言
5.1.2 微带超晶格中的电场畴和负微分电导
5.1.3 微带宽度和掺杂浓度的影响
5.1.4 小结
5.2 THz场作用下微带超晶格中电流的时空同步和混沌
5.2.1 引言
5.2.2 电场畴与自维持电流振荡
5.2.3 同步振荡与电流抑制
5.2.4 THz场作用下微带超晶格的混沌动力学
5.2.5 小结
5.3 THz场与磁场作用下微带超晶格混沌动力学
5.3.1 引言
5.3.2 超晶格微带电子输运
5.3.3 超晶格微带中电子平均速度的演化
5.3.4 微带超晶格的混沌动力学特性
5.3.5 小结
5.4 THz场作用下量子点超晶格中的混沌动力学
5.4.1 引言
5.4.2 量子点超晶格电子输运
5.4.3 速度-电场关系与弛豫频率
5.4.4 THz场作用下量子点超晶格的混沌动力学
5.4.5 混沌区域与控制参数的依赖关系
5.4.6 小结
参考文献
第6章 石墨烯THz光电特性
6.1 引言
6.2 石墨烯多量子阱中的共振隧穿
6.2.1 石墨烯系统的传输矩阵方法
6.2.2 石墨烯多量子阱电子输运特性
6.3 石墨烯pn结在THz频段的三阶非线性光电导
6.3.1 石墨烯pn结带内和带间光电导理论模型
6.3.2 三阶非线性THz光电导
6.4 石墨烯在THz频段的五阶非线性光电导
6.4.1 石墨烯带间光电导理论模型
6.4.2 五阶非线性THz光电导
6.5 双层石墨烯纳米带的强THz光电导
6.6 小结
参考文献
第7章 THz半导体量子级联激光器
7.1 引言
7.2 THz QCL研究进展
7.3 THz QCL原理与设计
7.3.1 THz QCL基本原理
7.3.2 THz QCL有源区设计
7.3.3 THz QCL波导设计
7.3.4 THz QCL功率增强设计
7.4 THz QCL模拟方法
7.4.1 量子动力学方法
7.4.2 蒙特卡罗方法
7.4.3 率方程方法
7.5 四阱共振声子THz QCL
7.5.1 热声子效应
7.5.2 粒子数反转与增益
7.5.3 Ⅰ-Ⅴ特性
7.5.4 温度特性
7.6 三阱共振声子THz QCL
7.6.1 多体效应
7.6.2 参数优化
7.6.3 声子阱的影响
7.7 一阱注入区共振声子THz QCL
7.7.1 电场依赖关系
7.7.2 温度依赖关系
7.8 THz QCL制备与测量
7.8.1 THz QCL材料生长与表征
7.8.2 双面金属波导THz QCL
7.8.3 半绝缘等离子波导THz QCL
7.8.4 光谱测量
7.8.5 功率测量
7.8.6 光束表征
7.9 小结
参考文献
第8章 THz半导体量子阱探测器
8.1 引言
8.2 THz QWP探测原理
8.3 THz QWP器件模拟
8.3.1 模拟方法概述
8.3.2 有源区能带计算
8.4 THz QWP暗电流
8.4.1 暗电流模型
8.4.2 理论与实验的暗电流比较
8.5 THz QWP光电流谱
8.5.1 光电流产生机制
8.5.2 光吸收系数
8.5.3 理论与实验的光电流谱比较
8.6 THz QWP多体效应
8.6.1 包括多体效应的能带结构
8.6.2 考虑多体效应的光电流谱
8.7 THz QWP光栅耦合
8.7.1 光栅耦合的基本考虑
8.7.2 光栅衍射理论
8.7.3 金属光栅设计与优化
8.8 THz QWP制备与测量
8.8.1 THz QWP制备
8.8.2 THz QWP测量
8.8.3 THz QWP对THz QCL发射谱的表征
8.9 磁场调谐的THz QWP
8.9.1 稀磁半导体的色散与吸收模型
8.9.2 磁场下吸收峰可调的THz QWP
8.10 基于磁阻振荡的新型THz量子阱探测器
8.10.1 THz场辐照下量子阱的磁阻振荡
8.10.2 新型THz量子阱探测器设计
8.11 小结
参考文献
第9章 THz波的传输
9.1 引言
9.2 THz波在大气中的传输
9.3 THz波在不同介质中的传输
9.4 THz波在金属丝波导中的传输
9.5 小结
参考文献
0章 THz通信
10.1 引言
10.2 THz局域通信中的光子晶体反射器
10.2.1 光子晶体的THz波反射率
10.2.2 THz波反射器
10.3 THz波的调制
10.3.1 THz QCL的直接调制
10.3.2 光子晶体对THz波的调制
10.4 基于THz QCL和THz QWP的无线通信演示
10.4.1 系统构成
10.4.2 器件制冷
10.4.3 文本传输
10.4.4 图片传输
10.4.5 音频传输
10.5 小结
参考文献
1章 THz成像
11.1 引言
11.2 THz成像分类与特点
11.3 基于THz QCL和THz QWP的探测与成像技术
11.3.1 THz QCL的锁频技术
11.3.2 THz QCL作为本振源的混频技术
11.3.3 THz QWP阵列探测技术
11.4 基于THz QCL和THz QWP的成像实例
11.4.1 基于THz QCL的成像研究进展概述
11.4.2 基于THz QCL的主动扫描成像
11.4.3 基于THz QWP的被动成像
11.4.4 基于THz QWP的透射扫描成像
11.4.5 基于THz QCL和THz QWP的计算机断层成像
11.5 小结
参考文献

作者介绍

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曹俊诚，1967年生于江西，1994年于东南大学电子工程系获博士学位。现为中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员、博士生导师，国家杰出青年基金、中国科学院“百人计划”、上海市自然科学牡丹奖获得者，新世纪百千万人才工程*人选。2004～2010年担任中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室主任，2011年起担任中国科学院太赫兹固态技术重点实验室主任。主要从事太赫兹物理、器件及通信与成像应用等方面的研究。

文摘

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序言

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《光纤通信与网络安全：技术、挑战与前沿进展》 内容简介 随着信息时代的飞速发展，数据传输的带宽需求呈指数级增长，光纤通信作为支撑这一需求的核心技术，其重要性日益凸显。与此同时，网络安全问题也随之愈发严峻，一旦关键信息基础设施遭受攻击，其后果不堪设想。本书深入探讨了光纤通信技术在当前及未来发展中的关键环节，并结合网络安全这一不可或缺的维度，旨在为读者构建一个全面、深入的技术理解框架。 第一部分：光纤通信技术基石 本书首先从光纤通信的物理基础出发，详细阐述了光信号在光纤中传输的原理。这包括对不同类型光纤（如单模光纤、多模光纤）的结构、特性以及损耗机理的深入剖析。我们将重点讲解光纤的色散效应，如模间色散、材料色散和波导色散，以及这些效应如何影响信号的传输质量，并介绍相应的补偿技术，如色散补偿光纤（DCF）和啁啾光栅。 随后，我们将聚焦于光信号的产生与探测。在光源方面，本书将详细介绍激光器的种类及其在光纤通信中的应用，特别是DFB（分布式反馈）激光器和VCSEL（垂直腔面发射激光器）等，分析其工作原理、光谱特性和调制能力。在探测器方面，则会深入讲解PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等受光器件，阐述其响应速度、灵敏度和噪声特性，以及如何选择合适的探测器以满足不同应用场景的需求。 接着，本书将深入探讨光调制技术。从早期的强度调制-直接检测（IM/DD）技术，到现代相干光通信中的相位调制（PSK）和正交幅度调制（QAM），我们将逐一解析其编码原理、解调方式以及在提高频谱效率和传输容量方面的优势。对于复杂的相干检测技术，本书会提供详细的数学模型和仿真分析，帮助读者理解其对光信号的相位和偏振信息进行恢复的能力。 第二部分：光纤通信网络架构与关键组件 本书将全面梳理当前主流的光纤通信网络架构。从接入网、城域网到骨干网，我们将分析不同层级网络的特点、设备配置以及相互之间的连接方式。重点将放在光传输网络（OTN）的架构上，详细介绍其在提供高带宽、低时延和灵活业务接入方面的关键作用，以及OTN帧结构、复用方式和调度机制。 同时，本书还将对光通信中的核心设备进行详细介绍。这包括光放大器，如掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼放大器，分析它们的放大原理、增益平坦度和噪声系数。还有光开关和光分插复用器（OADM），阐述它们在光网络中的动态路由和业务灵活调度方面的功能。光收发一体模块（Transceiver）作为光网络的“眼睛”和“大脑”，其内部结构、性能指标以及不同速率和接口标准（如SFP、QSFP、CFP等）的应用场景也将得到详尽的讲解。 第三部分：网络安全视角下的光纤通信 鉴于网络安全在现代社会中的重要性，本书专门辟出章节深入探讨光纤通信网络所面临的安全威胁和防御策略。我们将分析网络攻击的常见形式，如数据窃听（物理层面和逻辑层面）、身份欺骗、拒绝服务攻击（DoS/DDoS）等，并探讨这些攻击可能对光纤通信链路和网络设备造成的影响。 本书将重点介绍在光纤通信网络中应用的多种安全技术。这包括物理安全措施，如对光纤线路的物理防护、防篡改技术以及光纤端口的访问控制。在逻辑安全方面，我们将详细讲解加密技术在光信号传输中的应用，包括端到端加密和链路层加密的原理与实践。数字签名、身份认证和访问控制机制在网络安全中的作用也将被深入剖析，并结合光纤通信网络的特点进行阐述。 此外，本书还将关注软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）在提升光纤通信网络安全性方面的潜力。我们将分析SDN控制器如何集中管理网络策略，实现更精细的安全策略部署和威胁检测。NFV如何通过灵活部署虚拟化安全功能（如防火墙、入侵检测系统）来提高网络的弹性与适应性。 第四部分：光纤通信与网络安全的前沿技术与未来展望 为了引领读者把握技术发展的前沿，《光纤通信与网络安全：技术、挑战与前沿进展》还将探讨新兴技术在光纤通信与网络安全领域的应用。例如，人工智能（AI）和机器学习（ML）在网络流量分析、异常检测和智能安全防御方面的应用将是重点。本书将分析如何利用AI技术来预测潜在的安全威胁，优化网络性能，并实现更智能化的网络管理。 量子通信作为下一代信息传输技术，其在安全性方面的独特优势也将得到介绍。我们将初步探讨量子密钥分发（QKD）的工作原理，以及其为光纤通信网络带来的“不可破解”的安全保障。 本书还将关注下一代光通信技术，如空分复用（SDM）技术，它通过在同一根光纤中传输多个独立的光信号来大幅提升传输容量。同时，也将探讨其在安全方面可能带来的新挑战与新机遇。 最后，本书将对光纤通信和网络安全未来的发展趋势进行展望。包括对更高带宽、更低时延的需求，以及如何通过技术创新来应对日益增长的安全威胁，构建更强大、更可靠、更安全的数字基础设施。 本书目标读者 本书面向对光纤通信和网络安全技术感兴趣的工程技术人员、科研人员、高校师生以及相关领域的从业者。通过阅读本书，读者能够深入理解光纤通信系统的原理、架构和关键技术，并能够识别和应对网络安全所面临的挑战，掌握前沿的安全防护策略和技术。本书力求理论与实践相结合，为读者提供一套扎实的理论基础和实用的技术指导。

评分☆☆☆☆☆

这本《半导体太赫兹源、探测器与应用》听起来就像是一本能激起我对前沿技术深深好奇心的书。我一直对那些听起来很“高科技”的领域特别着迷，而太赫兹波，这个介于微波和红外光之间的神秘区域，总是让我联想到各种科幻场景。想象一下，如果这本书能够清晰地解释太赫兹波是如何被半导体器件产生和探测的，那该有多么令人兴奋。我希望能在这本书里看到关于半导体材料选择、器件结构设计、以及工作原理的深入剖析。比如，书中会不会讲到如何通过改变半导体材料的掺杂浓度、能带来哪些巧妙的设计思路，或者是什么样的外延生长技术才能造出高质量的太赫兹器件？我特别期待书中能有一些具体的案例分析，比如某个具体的太赫兹源设计，是如何克服了什么技术难关，最终实现了高效的辐射输出；或者某个太赫兹探测器，又是如何通过优化材料和结构，达到了极高的灵敏度和响应速度。如果书中还能对这些半导体太赫兹技术在各个领域的应用前景进行展望，例如在生物成像、安检、通信、甚至天文学等方面的潜力，那对我来说，无疑是打开了一扇通往未来世界的大门，让我对这个领域充满无限的遐想和期待。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我一直对电子工程领域的研究方法和技术细节感到敬畏，尤其是在涉及到那些非常规的频率范围时。太赫兹波，光是这个名字就充满了挑战和吸引力。我希望这本书能提供一种严谨而又易于理解的研究视角，帮助我这个读者深入了解半导体在产生和探测太赫兹波方面所扮演的关键角色。书中是否会详细阐述不同半导体材料（如GaAs、InP、SiGe等）在太赫兹波段的电磁特性和性能差异？我尤其关心那些理论模型和仿真方法，比如如何利用数值计算来预测和优化太赫兹器件的设计，又或者是否会介绍一些实验测量技术，来验证理论结果和评估器件性能。我想了解的是，科学家们是如何从基础的物理原理出发，一步步地构建出能够产生和感知这些高频信号的精密半导体器件的。如果书中还能提及一些半导体太赫兹技术在科研前沿的应用，比如在光谱学、高分辨率成像，甚至是基础物理研究中的作用，那将是我非常看重的内容。它让我看到，这些看似抽象的理论和技术，是如何在实际研究中发挥巨大作用，推动科学进步的。

评分☆☆☆☆☆

对于《半导体太赫兹源、探测器与应用》这本书，我最感兴趣的是它能否为我揭示太赫兹技术背后所蕴含的“黑科技”原理，以及它如何改变我们未来的生活。我一直在思考，究竟是什么样的半导体技术，能够突破我们熟悉的微波和可见光通信的局限，进入到太赫兹这个“黄金频段”。我期望书中能详细介绍太赫兹波的独特物理特性，例如它的高带宽、穿透能力以及对物质的敏感性。更重要的是，我希望了解半导体材料是如何被“训练”来产生和接收这些高频信号的。例如，书中是否会讲解到量子级联激光器（QCLs）或等离子体波器件等太赫兹源的半导体物理基础？又或者，关于太赫兹探测器，是否会介绍肖特基二极管、雪崩光电二极管（APDs）或热释电探测器等在半导体领域内的创新设计？我很想知道，这些半导体器件是如何实现对微弱太赫兹信号的捕捉和放大的，以及在实际应用中，例如在无损检测、药物分析、甚至是快速数据传输等方面，它们能够带来怎样的颠覆性变革。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对材料科学和器件物理学充满热情的学习者，而《半导体太赫兹源、探测器与应用》这个书名，恰恰触及了我最为关注的交叉领域。我尤其希望在这本书中能够找到关于半导体材料特性如何影响太赫兹波生成和探测效率的深入探讨。想象一下，如果书中能够详细解析不同半导体材料（如III-V族化合物、II-VI族化合物，甚至是二维材料）在太赫兹波段的电子和光学性质，以及它们在构筑太赫兹源和探测器时的优势与劣势。例如，对于太赫兹源，书中是否会阐述如何通过调整材料的晶格结构、能带隙或载流子动力学来优化其辐射输出功率和光谱特性？对于太赫兹探测器，我更关注的是其灵敏度、响应时间以及工作温度等关键参数，书中是否会详细介绍不同半导体探测器工作原理，以及如何通过纳米加工和器件集成技术来提升其性能？如果书中还能涵盖一些关于半导体太赫兹技术在新型传感器、通信系统以及高分辨率成像等领域的最新研究进展，那将是对我极大的启发，让我对半导体技术在未来的太赫兹应用中扮演的角色有更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

我对《半导体太赫兹源、探测器与应用》这本书的期待，主要集中在它能否提供一个关于太赫兹技术实际落地和应用前景的全面视角。我理解，一个新兴技术的价值，最终体现在它能够解决哪些实际问题，创造哪些新的机遇。因此，我希望这本书不仅仅停留在理论和器件原理的层面，而是能更深入地探讨半导体太赫兹技术是如何被集成到实际的系统和应用中的。书中是否会介绍一些典型的太赫兹成像系统，例如用于安检、食品安全检测或者工业无损检测的设备，并分析其中半导体源和探测器所发挥的作用？或者，在太赫兹通信领域，书中是否会讨论如何利用半导体技术实现高数据速率的无线传输，以及可能面临的挑战和解决方案？我特别关注的是，在这些实际应用场景下，半导体太赫兹器件的性能指标（如成本、功耗、尺寸、可靠性等）是否能够满足工程化的需求，以及未来发展的趋势是什么。如果书中还能提供一些关于太赫兹技术商业化和产业化的案例分析，那对我来说，将是极具价值的参考。