半导体激光器速率方程理论(下册)9787030479020 科学出版社 郭长志 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030479020

商品编码：29491071536

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(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

目录

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文摘

序言

光学非线性及其在激光技术中的应用 书籍简介 本书聚焦于光学非线性这一物理学领域的核心课题，并深入探讨其在现代激光技术发展中的关键作用。我们将从基础的光学非线性现象入手，逐步揭示其微观机理，随后将理论框架与实际的激光器设计与应用紧密结合，特别关注非线性效应如何被巧妙地引入、控制和利用，以实现激光器性能的突破和新功能的涌现。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解并掌握光学非线性在提升激光器性能、拓展激光应用领域方面的无限潜力。 第一部分：光学非线性基础理论 本部分将系统梳理光学非线性现象及其相关的物理理论。 原子和分子的非线性响应： 电偶极矩的非线性展开： 详细阐述当光场强度增大时，介质中的原子和分子极化不再是线性的。我们将引入介电极化率的泰勒级数展开，解释高阶极化率项的物理意义，例如二次非线性效应（如二次谐波产生）和三次非线性效应（如三阶谐波产生、自相位调制、交叉相位调制、四波混频等）。 分子振动与转动模式的非线性耦合： 探讨分子内部的振动和转动模式如何与强光场发生非线性耦合，产生如受激拉曼散射、受激布里渊散射等现象。我们将分析这些散射过程的阈值、增益谱和光谱特性。 电子能级的非线性跃迁： 深入研究当光场能量接近或高于原子/分子电子能级差时，可能发生的饱和吸收、多光子吸收等非线性过程。我们将讨论这些过程如何影响光的传播和介质的吸收特性。 介质中的非线性极化机制： 详细分析不同类型介质（如晶体、气体、半导体、等离子体、非线性光纤等）在强光作用下产生非线性极化的具体机制，包括电子的非线性位移、核的非线性振动、自由载流子的非线性响应等。 非线性光学现象的分类与表征： 线性和非线性传播的对比： 明确区分线性光学和非线性光学传播的差异，重点在于当光强变化时，介质的折射率和吸收系数是否随之变化。 宏观和微观描述： 介绍描述非线性光学效应的宏观唯象理论（如非线性介电极化率张量）和微观量子理论（如微扰理论）。 非线性效应的表征参数： 引入描述非线性强度的关键参数，例如二次非线性系数d、三次非线性系数χ(3)、非线性折射率系数n2、非线性吸收系数β等，并讨论如何通过实验测量这些参数。 相干与非相干非线性过程： 区分由介质极化产生的相干非线性过程（如谐波产生、参量过程）与由粒子数变化引起的非相干非线性过程（如散射）。 主要的非线性光学效应： 二次非线性效应 (χ(2)效应)： 二次谐波产生 (SHG)： 详细介绍SHG的原理、效率依赖关系（如非线性系数、晶体长度、相位匹配条件）。 三次谐波产生 (THG)： 介绍THG的物理过程和与SHG的异同。 参量放大 (OPA) 与参量振荡 (OPO)： 深入分析OPA和OPO的原理，包括泵浦光、信号光和闲频光的相互作用，以及实现参量过程所需的条件。 电光效应 (Pockels效应)： 探讨外加电场引起介质折射率变化的现象，以及其在调制器中的应用。 三次非线性效应 (χ(3)效应)： 自相位调制 (SPM)： 解释SPM如何改变光的频谱，并探讨其在光纤通信和超快脉冲产生中的应用。 交叉相位调制 (XPM)： 阐述两个不同频率的光束如何通过非线性效应相互影响彼此的相位，及其在多通道通信中的意义。 四波混频 (FWM)： 介绍FWM的原理，产生新的频率分量，及其在通信和光谱学中的应用。 受激拉曼散射 (SRS)： 详细描述SRS的机制，能量转移过程，以及其在光谱分析和激光增益介质中的作用。 受激布里渊散射 (SBS)： 解释SBS的声学声子参与机制，能量转移过程，以及其在激光器中的反馈和高功率激光系统中的限制作用。 光折变效应： 探讨光诱导的介质折射率变化，其在全息存储和光波导形成中的应用。 克尔效应： 介绍光强依赖的折射率变化（n = n0 + n2I），这是SPM和XPM的根本机制。 相位匹配理论： 相位失配的物理后果： 解释在非线性相互作用中，相位失配如何导致能量交换效率低下甚至停止。 相位匹配的方法： 详细介绍实现相位匹配的各种技术，包括晶体自发相位匹配（包括Pyrazole、Type I、Type II）、受迫相位匹配（如准相位匹配、多光子相位匹配、光栅相位匹配、非线性晶体相位匹配、周期性极化翻转（PPLN）、电光效应相位匹配、声光效应相位匹配）以及在光纤中的模式色散补偿相位匹配。 非线性晶体与材料的选择： 讨论不同非线性晶体（如BBO, LBO, KDP, LiNbO3等）的非线性系数、透明窗口、损伤阈值、温度敏感性等特性，以及它们在不同应用中的优缺点。 第二部分：光学非线性在激光器中的应用 本部分将重点阐述如何将光学非线性理论应用于实际的激光器设计和性能提升。 非线性效应在激光增益介质中的作用： 饱和吸收： 讨论饱和吸收作为一种非线性效应，如何用于激光器的模式锁定，产生超短脉冲。分析不同类型的饱和吸收体（如染料、半导体可饱和吸收镜(SESAM)、碳纳米管、石墨烯等）的工作原理和特性。 受激拉曼散射与布里渊散射作为增益机制： 探讨如何利用SRS和SBS效应在某些介质中实现激光增益，形成拉曼激光器或布里渊激光器。 非线性对增益谱的影响： 分析非线性过程如何改变激光增益介质的吸收和发射谱，从而影响激光器的输出波长和带宽。 非线性技术实现激光器的特殊功能： 模式锁定技术： 主动模式锁定： 简要介绍声光、电光调制器用于主动模式锁定的原理，但重点将放在非线性模式锁定。 被动模式锁定： 深入分析非线性效应在被动模式锁定中的核心作用。 Kerr透镜模式锁定 (KLM)： 详细阐述Kerr效应如何形成一个光强依赖的透镜，并结合孔径光阑实现模式锁定，是产生超快脉冲的关键技术。 可饱和吸收体模式锁定： 再次强调SESAM、碳纳米管等饱和吸收体在实现稳定模式锁定中的重要性，以及其非线性饱和行为。 色散管理与模式锁定： 探讨色散（包括群速度色散GVD和高阶色散HOD）与非线性效应的相互作用，以及如何通过优化色散来实现稳定的超快脉冲输出。 Q开关技术与非线性： 讨论在某些Q开关激光器中，非线性效应（如自聚焦）可能对器件的损耗和性能产生影响，以及如何控制。 激光频率转换： 二次谐波、三次谐波、倍频和混频： 详细介绍利用SHG、THG、以及OPA/OPO等非线性过程实现激光频率的倍增或下转换，获得特定波长激光的技术，及其在光谱学、医学、材料加工等领域的应用。 参量激光器 (OPO)： 深入探讨OPO作为一种重要的频率转换器件，其工作原理、调谐范围、输出特性，以及如何通过不同晶体和泵浦源实现广泛的波长覆盖。 非线性光纤激光器： 光纤中的非线性效应： 重点分析光纤中长相互作用长度和高光强密度使得非线性效应尤为显著，如SPM、XPM、SRS、SBS等。 光纤放大器与脉冲整形： 阐述如何利用光纤的非线性效应来整形和压缩激光脉冲，产生超短、高功率脉冲。 光纤参量放大器 (OPCPA)： 介绍OPCPA作为一种高效、宽带放大技术，其原理和应用。 光纤梳状光谱： 讨论在强光作用下，光纤中产生的非线性效应如何形成具有等间隔频率梳的宽带光谱，及其在精密测量和光谱学中的应用。 高功率激光器中的非线性效应： 自聚焦效应： 详细分析高强度激光在介质中传播时，由于Kerr效应导致光束聚焦的现象，以及其可能造成的损伤。 激光诱导击穿 (LIB)： 探讨高强激光与物质相互作用，引起材料电离和损伤的非线性过程。 光束质量退化： 分析非线性效应（如热透镜效应、自聚焦）如何影响激光器的光束质量，以及应对措施。 非线性光学在激光光谱学中的应用： 非线性显微镜： 介绍二次谐波成像、多光子激发荧光成像等利用非线性光学原理实现高分辨率、深穿透的生物成像技术。 非线性光谱技术： 探讨受激拉曼光谱 (SERS)、受激布里渊光谱 (SBS)、多光子吸收光谱等基于非线性光学效应的光谱分析方法，及其在物质成分分析、结构表征中的应用。 第三部分：理论与实验的结合 本部分将强调理论计算、模拟与实验验证的相互促进作用。 数值模拟方法： 非线性薛定谔方程 (NLSE)： 介绍描述光在非线性介质中传播的基本方程，以及数值求解NLSE（如Split-Step Fourier方法）在模拟SPM、XPM、GVD等非线性传播过程中的应用。 有限差分和有限元方法： 讨论这些数值方法在求解复杂的非线性微分方程组，模拟非线性光学器件中的应用。 蒙特卡罗方法： 在某些概率性非线性过程的模拟中的应用。 实验测量与表征： 非线性系数的测量： 介绍各种实验技术，用于精确测量材料的非线性系数，如SHG效率测量、Z扫描法测量n2和β等。 超快脉冲测量技术： 探讨自相关函数测量、频率分辨光学采样 (FROG)、光谱相位自干涉测量 (SPIDER) 等技术，用于表征超快激光脉冲的时域和频域特性。 光谱测量与分析： 介绍各种光谱仪在测量激光输出光谱、非线性散射光谱、谐波光谱等方面的应用。 前沿研究方向与未来展望： 新型非线性材料的开发： 介绍近年来涌现的具有优异非线性光学性质的新型材料，如光子晶体、二维材料（石墨烯、MXenes）、有机非线性晶体等。 人工智能在非线性光学中的应用： 探讨机器学习和人工智能如何用于优化非线性光学器件的设计、控制非线性过程，以及加速新材料的发现。 光计算与光信息处理： 展望非线性光学在构建全光计算逻辑门、实现光信息存储和处理方面的潜力。 超快科学与精密测量： 讨论非线性光学在产生和控制极短时间尺度的物理过程，以及实现高精度测量的作用。 本书的编写旨在提供一个严谨、系统且实用的知识体系，帮助读者深入理解光学非线性这一迷人而重要的科学领域，并将其应用到不断发展的激光技术前沿。

评分☆☆☆☆☆

这本书实在太厚重了，我还没来得及深入翻阅，但光是目录就让我感受到了其内容的深度和广度。我之前对半导体激光器的了解仅限于一些基础概念，比如p-n结、能带结构，以及激光器的基本原理。这本书的书名——“速率方程理论”，光听上去就充满了挑战性，让我意识到要真正理解激光器的工作机制，离不开严谨的数学模型和深入的理论推导。下册的定位，也暗示着它会承接上册的基础，深入探讨更复杂的动力学行为。我特别期待书中能够详细讲解速率方程本身是如何推导出来的，以及方程中的各项参数分别代表了什么物理意义。例如，载流子寿命、光子寿命、增益系数、损耗系数等等，这些都应该在书中得到详尽的解释。而且，不同类型的半导体激光器，比如分布反馈（DFB）激光器、量子阱激光器、量子点激光器等，它们在速率方程形式上会有哪些区别，又如何影响其性能，这都是我迫切想了解的。我希望书中能给出具体的例子和分析，帮助我理解这些差异。虽然我还没有开始阅读具体内容，但仅从书的体量和书名，就能感受到它是一部非常有分量的著作，值得我花时间去学习和消化。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚开始接触半导体激光器领域的研究生，我对理论知识的渴求非常强烈。市面上关于半导体激光器的书籍不少，但很多都偏重于应用和器件结构，真正能够深入讲解理论基础的书籍却不多。这本书的书名“速率方程理论”正是我需要的，它直接点明了核心内容。我知道速率方程是描述激光器动力学行为的关键工具，掌握它就等于掌握了理解激光器如何从“泵浦”状态转变为“激光输出”状态的钥匙。我特别希望书中能够从最基本的物理原理出发，一步步构建出速率方程，而不是直接给出现成的方程。这样我才能理解方程中每一个项的由来，以及它们所反映的物理过程。例如，光子的产生和消失，载流子的注入和复合，这些过程如何用微分方程来描述？增益和损耗的来源是什么？它们又是如何影响激光器的阈值、输出功率、光谱特性和动态响应的？我甚至希望能看到一些关于如何数值求解速率方程的介绍，以及这些数值解如何与实验结果相对应。虽然我还没读过这本书，但我对它能够提供如此深入的理论指导充满了期待，相信它能为我的科研打下坚实的理论基础。

评分☆☆☆☆☆

我对半导体激光器的理论学习一直停留在比较浅显的层面，虽然了解一些基本概念，但对于其内部工作原理，尤其是动态行为，始终感到模糊不清。这本书的书名“半导体激光器速率方程理论”让我眼前一亮，因为它直接指向了我最想深入了解的核心理论。我猜测“下册”的内容会更加深入和专业，可能会包含一些更高级的理论分析。我特别期待书中能够详细阐述速率方程的推导过程，从量子力学和电磁学的基本原理出发，一步步构建出描述激光器能量和粒子数随时间变化的方程。我希望书中能够清晰地解释方程中的每一项参数，例如载流子浓度、光子密度、增益系数、损耗系数等，并说明它们之间的相互关系。我还希望书中能够探讨不同工作条件（如泵浦功率、温度、器件结构等）下速率方程的变化，以及这些变化如何影响激光器的输出特性，如阈值电流、斜率效率、调制速率、线宽等。如果书中还能提供一些相关的数值模拟方法或实验验证的案例，那将是对我极大的帮助，能够让我更直观地理解理论与实践的结合。

评分☆☆☆☆☆

我对半导体激光器的研究已经进行了一段时间，但总觉得在理论深度上有所欠缺，尤其是在理解激光器的动态特性方面。我接触过一些关于激光器应用的论文，其中经常会提到速率方程，但往往只是将其作为一个工具来引用，而没有详细介绍其推导过程和物理内涵。这本书的书名“半导体激光器速率方程理论(下册)”让我觉得它正好能填补我在这方面的知识空白。我猜想，“下册”的内容可能会更加深入，涵盖更复杂的速率方程形式，例如考虑多模效应、空间依赖性、噪声特性等。我非常感兴趣的是，书中是否会涉及到非线性动力学，比如激光器的模式竞争、混沌现象等，这些都是非常前沿且有趣的研究方向。此外，速率方程的参数往往需要通过实验来拟合，书中是否会提供一些关于如何测量这些关键参数（如激射阈值、微分量子效率、速率常数等）的方法或建议？我对如何将理论模型与实际器件性能联系起来有很大的疑问，希望这本书能够给予我清晰的解答。总而言之，我期望这本书能够提供一个完整、严谨的速率方程理论框架，并帮助我更深刻地理解半导体激光器的内在运行机制。

评分☆☆☆☆☆

虽然我还没有翻阅这本书的具体内容，但仅凭书名和出版信息，我就对它充满了好奇和期待。作为一名对光电技术感兴趣的业余爱好者，我一直在努力寻找能够系统性地介绍半导体激光器核心理论的书籍。“速率方程理论”这几个字，听上去就非常专业和深入，这正是我所追求的。我希望这本书能够从最根本的物理原理出发，详细讲解速率方程是如何建立起来的，以及方程中的每一项都代表了什么样的物理过程。例如，载流子的注入、扩散、复合，光子的产生、传播、吸收，这些微观过程是如何宏观地体现在速率方程中的？我还希望书中能够清晰地解释增益和损耗的物理机制，它们是如何影响激光器的阈值特性和输出功率的？对于初学者来说，理解这些概念可能会有些困难，所以我期待书中能够提供清晰的图示和生动的类比，帮助我更好地理解抽象的理论。这本书的厚重感也让我觉得它一定涵盖了丰富的内容，能够带我从入门到精通，建立起扎实的理论基础，让我能够更好地理解半导体激光器的各种性能指标和应用场景。