半导体激光器设计理论 半导体激光器能带结构和光增益的 郭长志

半导体激光器设计理论 半导体激光器能带结构和光增益的 郭长志 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

郭长志 著
图书标签:
  • 半导体激光器
  • 激光器设计
  • 能带结构
  • 光增益
  • 半导体物理
  • 光电子学
  • 郭长志
  • 激光技术
  • 材料科学
  • 通信技术
想要找书就要到 静流书站
立刻按 ctrl+D收藏本页
你会得到大惊喜!!
店铺: 典则俊雅图书专营店
出版社: 科学出版社
ISBN:9787030473400
商品编码:29840733956
包装:圆脊精装
出版时间:2016-05-01

具体描述

  图书基本信息,请以下列介绍为准
书名半导体激光器设计理论 半导体激光器能带结构和光增益的
作者郭长志
定价178.00元
ISBN号9787030473400
出版社科学出版社
出版日期2016-05-01
版次1

  其他参考信息(以实物为准)
装帧:圆脊精装开本:重量:0.4
版次:1字数:页码:
  插图

  目录

  内容提要
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。

  编辑推荐

  作者介绍

  序言

《量子发光:半导体激光器原理与实现》 前言 自1960年第一台激光器诞生以来,激光技术以前所未有的速度渗透到科学研究、工业生产、医疗保健、通信技术乃至日常生活的方方面面。其中,半导体激光器以其体积小、效率高、易于集成和成本低廉的优势,成为激光技术中最具活力和发展潜力的分支之一。从光纤通信中的信息载体,到CD/DVD/蓝光播放器中的读取头,再到条形码扫描仪、激光打印机、甚至未来的量子计算和先进传感,半导体激光器的身影无处不在。 然而,在这些琳琅满目的应用背后,隐藏着深邃的物理原理和精密的工程设计。要真正理解半导体激光器的工作机制,驾驭其性能,并推动其进一步发展,离不开对支撑其运作的量子力学、固体物理以及光学原理的透彻把握。本书正是为了满足这一需求而生,旨在为读者提供一个全面、深入且易于理解的半导体激光器设计理论导引。 本书的重点在于阐释半导体激光器的核心物理机制,即材料的能带结构如何决定其光电特性,以及如何通过精确控制能带结构来实现高效的光增益。我们将从基础的量子力学概念入手,逐步构建起对半导体晶体结构、电子能级分布以及载流子行为的认知框架。在此基础上,我们将深入探讨半导体材料中的光学跃迁过程,分析载流子注入、辐射复合以及非辐射复合的相互作用,最终揭示光增益的产生条件和调控手段。 本书的编排力求逻辑清晰,循序渐进。我们不会回避复杂的数学推导,但会尽量以直观的物理图像和生动的类比来辅助理解。同时,我们也将结合当前半导体激光器研究的前沿进展,介绍新型材料体系、器件结构以及性能优化策略,力求使本书既有理论深度,又不失实践指导意义。 第一章:量子力学基础与半导体微观世界 在深入理解半导体激光器之前,我们必须首先建立起对微观世界基本规律的认识。本章将从量子力学的基石出发,回顾波粒二象性、量子态、叠加态和纠缠等核心概念,为理解电子在晶体中的行为打下理论基础。 1.1 普朗克量子假设与光子的概念: 追溯激光起源的量子理论根源,理解能量的量子化以及光子作为能量载体的本质。 1.2 薛定谔方程与波函数: 介绍描述微观粒子运动的核心方程,理解波函数在量子力学中的作用,以及其与粒子概率分布的关联。 1.3 泡利不相容原理与电子的电子排布: 解释为何在固体材料中,电子会占据不同的能级,这是理解能带结构的关键。 1.4 晶体结构与布拉菲格子: 介绍周期性势场对电子行为的影响,为理解 Bloch 波和能带的形成奠定基础。 1.5 周期性势场中的电子行为: 引入 Bloch 定理,解释在周期性势场中电子并非自由移动,而是以 Bloch 波的形式存在,并由此引出能带的概念。 第二章:半导体能带理论:光电特性的源泉 本章将核心聚焦于半导体材料的能带结构,这是理解其光电特性的根本。我们将详细分析导体、绝缘体和半导体在能带结构上的本质区别,并深入探讨直接带隙和间接带隙半导体的光辐射特性差异,这对于激光器的设计至关重要。 2.1 能带的形成: 从原子轨道的重叠与杂化出发,解释宏观晶体中电子如何形成连续的能带。 2.2 价带与导带: 明确区分这两个对电学和光学性质起决定性作用的能带,理解费米能级在不同材料中的位置。 2.3 禁带宽度与半导体的分类: 详细阐述禁带宽度(Eg)的定义,以及其如何决定材料是导体、绝缘体还是半导体。 2.4 直接带隙与间接带隙半导体: 深入分析这两种能带结构对光子跃迁过程的影响。直接带隙半导体(如 GaAs, InP)允许直接的电子-空穴辐射复合,是激光器最理想的材料。而间接带隙半导体(如 Si, Ge)则需要声子辅助才能进行辐射复合,光电转换效率较低,不适合做激光器。 2.5 载流子的概念: 引入电子和空穴这两个半导体中的基本电荷载流子,理解它们在能带中的运动和行为。 2.6 简化的能带模型: 介绍 Kronig-Penney 模型和紧束缚模型等简化的理论模型,帮助直观理解能带的形成和演化。 第三章:载流子动力学与光子跃迁 本章将聚焦于半导体材料中的载流子行为以及它们与光子的相互作用。我们将详细分析电子-空穴对的产生、复合以及能量的转化过程,这是理解光增益产生的关键。 3.1 载流子的产生机制: 解释热激发、光激发和电注入等载流子产生方式。 3.2 辐射复合: 详细阐述电子-空穴对通过辐射光子的方式复合的过程,这是激光输出光子的直接来源。 3.3 非辐射复合: 分析俄歇复合(Auger recombination)和陷阱辅助复合(Shockley-Read-Hall recombination)等导致能量以热或其他形式耗散的非辐射过程,这些过程是降低激光器效率的重要因素。 3.4 载流子的输运: 介绍漂移和扩散两种载流子输运机制,它们对于在器件中形成足够高的载流子浓度至关重要。 3.5 费米-狄拉克统计: 理解在一定的温度和载流子浓度下,电子和空穴在能带中的分布情况,这是计算载流子浓度和活性的基础。 3.6 载流子寿命: 探讨载流子寿命的概念,以及辐射复合寿命和总载流子寿命对器件性能的影响。 第四章:光增益的产生与饱和 本章是本书的核心,我们将深入剖析半导体激光器中光增益产生的物理机制。理解光学增益是如何通过受激辐射过程实现的,以及其饱和效应的来源和影响。 4.1 受激辐射与受激吸收: 详细阐述爱因斯坦的 A、B 系数理论,理解光子如何诱导电子从高能级跃迁到低能级并发射出相同频率、相干的光子。 4.2 粒子数反转(Population Inversion): 解释实现光增益必须满足的条件,即高能级上的粒子数必须多于低能级上的粒子数,这是激光产生的关键。 4.3 光增益系数的推导: 从微观的跃迁概率出发,推导出宏观的光增益系数与载流子浓度、能带结构以及跃迁偶极矩等参数的关系。 4.4 增益谱: 分析光增益系数随光子能量(或波长)的变化曲线,理解增益谱的形状和峰值位置。 4.5 增益饱和: 阐述在高光强下,由于粒子数反转的减少,光增益会趋于饱和的现象,以及其对器件输出特性的影响。 4.6 增益的调控: 讨论通过改变材料组分、掺杂浓度、器件结构(如量子阱)等手段来优化和调控光增益的策略。 第五章:半导体激光器的基本结构与工作原理 本章将介绍半导体激光器的典型结构,并结合前几章的理论知识,阐述其整体工作原理。我们将重点介绍 PN 结激光器和异质结激光器,以及它们的优势。 5.1 PN 结激光器: 介绍最基础的半导体激光器结构,理解 PN 结的形成,以及载流子注入和复合如何在 PN 结区域进行。 5.2 异质结激光器(Heterostructure Laser): 重点介绍 DH(Double Heterostructure)激光器的结构,理解不同能带结构的材料如何形成“势阱”,有效地限制载流子和光子,从而显著提高器件效率。 5.3 活性区(Active Region): 阐述在 PN 结或异质结中,正是活性区实现了高载流子浓度和光增益。 5.4 光学谐振腔: 介绍构建光学谐振腔(如布拉格反射镜、分布式反馈光栅)的重要性,它用于放大受激辐射,并实现激光输出。 5.5 阈值电流(Threshold Current): 详细分析激光器开始发出相干光的阈值条件,包括增益等于损耗。 5.6 激光输出特性: 描述激光器的输出功率、光谱特性、光束质量等关键参数,以及它们如何与器件结构和工作条件相关联。 第六章:先进半导体激光器技术与应用展望 在掌握了半导体激光器的基本原理后,本章将目光投向更广阔的领域,介绍当前半导体激光器研究的前沿技术,并展望其在未来的发展趋势和广泛应用。 6.1 量子阱激光器(Quantum Well Lasers): 深入分析量子阱结构如何通过二维量子限制效应,显著改善增益特性和降低阈值电流。 6.2 分布式反馈(DFB)激光器和分布式布拉格反射器(DBR)激光器: 介绍这些集成式激光器,它们通过内置的光栅实现单波长输出,是光通信的关键器件。 6.3 量子点激光器(Quantum Dot Lasers): 探讨零维量子限制效应在激光器设计中的应用,以及其在提高性能和实现新型功能方面的潜力。 6.4 垂直腔面发射激光器(VCSELs): 介绍这种易于大规模制造、可垂直出光的激光器,以及其在短距离光通信和传感器领域的优势。 6.5 高功率激光器技术: 讨论提高激光器输出功率的策略,如巴条激光器、相干合成等,以及它们在工业和军事领域的应用。 6.6 新型材料体系: 简要介绍 III-V 族化合物半导体之外的新兴材料,如氧化物半导体、二维材料等在激光器领域的探索。 6.7 半导体激光器在量子技术中的应用: 展望半导体激光器在量子通信、量子计算、量子传感等前沿技术中的关键作用。 6.8 未来发展趋势: 总结半导体激光器在集成化、小型化、智能化、高效化等方面的发展方向。 结语 本书旨在为读者构建起一座从基础理论到前沿应用的坚实桥梁。通过对半导体激光器能带结构、光增益产生机制以及器件设计的深入探讨,我们期望读者能够不仅仅是了解,更能激发创造力,在未来的科学研究和工程实践中,设计出更加高效、多功能、性能卓越的半导体激光器,为人类社会的发展贡献科技的力量。

用户评价

评分

我必须承认,在接触《半导体激光器设计理论:半导体激光器能带结构和光增益》之前,我对半导体激光器的认识仅停留在“它是一种发光器件”的层面,对其内部工作原理几乎一无所知。这本书犹如一本为我量身定制的启蒙手册,以一种循序渐进的方式,将那些曾经让我头疼的物理概念一一化解。作者郭长志教授并没有一开始就抛出复杂的数学公式,而是先从半导体材料的基本性质入手,逐步引入晶格结构、电子与空穴、禁带宽度等概念,为后续的能带理论打下了坚实的基础。当我看到书中关于费米能级、导带底、价带顶的图示和解释时,那种抽象的概念仿佛瞬间变得触手可及。特别是对能带图的解读,我学会了如何通过观察能带的形状、位置以及它们之间的能量差,来判断材料的光学和电学特性。而光增益部分,更是将我对“激光”这一概念的理解提升到了全新的维度。书中详细讲解了光泵浦、电注入等不同激励方式下的粒子数反转条件,以及增益系数的计算方法。我被书中对阈值电流、微分增益等关键参数的分析深深吸引,这些参数直接关系到激光器的性能,而它们又是如何从能带结构和载流子动力学中衍生出来的,这本书给出了令人信服的解释。总而言之,这本书为我打开了一扇通往半导体激光器世界的大门,让我能够以一种更系统、更深入的方式去理解这个领域。

评分

《半导体激光器设计理论:半导体激光器能带结构和光增益》这本书,以其严谨的学术态度和清晰的逻辑结构,彻底改变了我对半导体激光器的理解。在此之前,我对半导体激光器的认识仅停留在“它能发光”的浅层面上,而郭长志教授的著作,则将我带入了其深刻的物理内核。书中对能带结构的阐述,从基础的量子力学原理出发,层层深入,让我得以理解电子在半导体晶格中的能量分布和跃迁行为。我对书中关于直接带隙和间接带隙材料在激光产生效率上的巨大差异,以及如何通过材料选择和设计来优化这一过程,留下了深刻的印象。而光增益部分的讲解,更是为我揭示了激光器“增益”的真正含义。我学习了粒子数反转的条件,以及如何通过控制载流子密度和能带结构来最大化增益。书中对不同类型的激光器结构,如量子阱激光器和分布式反馈(DFB)激光器的介绍,让我看到了半导体激光器设计的无限可能,以及如何通过精巧的结构设计来获得特定的波长和高效率。这本书无疑是一部集理论深度与实践指导于一体的宝贵文献,它为我今后深入研究半导体激光器奠定了坚实的基础。

评分

《半导体激光器设计理论:半导体激光器能带结构和光增益》这本书,如同一位严谨而耐心的导师,引导我一步步深入理解半导体激光器那精妙绝伦的内部运作机制。在阅读之前,我对“能带结构”这个词汇总是感到有些抽象和遥远,但郭长志教授用清晰的物理图像和循序渐进的推导,将这一概念具象化。我尤其喜欢书中通过对比不同材料的能带图,来阐释其光学特性和电学特性的差异。例如,直接带隙材料为何更适合作为激光器的发射材料,而间接带隙材料则不然,这种清晰的解释让我立刻领会了材料选择的重要性。而光增益的部分,更是将整个激光器的“生命力”呈现在我眼前。从载流子注入到受激辐射,再到增益饱和,每一个环节都进行了细致入微的分析。我学会了如何理解增益系数与载流子密度、材料参数之间的关系,以及如何通过设计器件的几何结构来优化增益。书中对量子阱激光器和超晶格激光器的介绍,更是将半导体激光器的性能提升到了一个全新的高度,让我看到了微纳结构设计在提升效率和调控波长方面的巨大潜力。这本书不仅满足了我对理论知识的渴求,更激发了我对半导体激光器实际应用的无限遐想。

评分

《半导体激光器设计理论:半导体激光器能带结构和光增益》这本书,如同一位经验丰富的向导,带领我在半导体激光器的奇妙世界里进行一次深入而系统的探索。在翻阅之前,我对半导体激光器的理解,更像是对一个黑箱的观察,只能看到其输入(电信号)和输出(光信号),而内部的机制则是一团模糊。然而,郭长志教授以其渊博的学识和清晰的阐述,将这个黑箱一点点地解开。书中对半导体能带结构的详细讲解,让我明白了电子和空穴是如何在材料中运动和相互作用的,以及这些微观行为如何决定了材料的光学特性。我尤其被书中对光增益的深入分析所吸引,它让我理解了激光器之所以能够产生相干光,是因为存在着“增益”这一关键机制,并且这种增益是通过受激辐射实现的。书中对不同材料体系(如III-V族、II-VI族化合物半导体)的能带结构及其在激光器应用中的特点的对比,为我提供了宝贵的参考信息。更重要的是,书中还涉及了激光器腔体设计、损耗分析等内容,这让我对如何从理论走向实际的器件设计有了更全面的认识。这本书不仅满足了我对基础理论的求知欲,更激起了我投身于半导体激光器研究和开发的浓厚兴趣。

评分

这本书《半导体激光器设计理论:半导体激光器能带结构和光增益》在我手中,仿佛成了一把钥匙,开启了我对半导体激光器世界深邃奥秘的探索之旅。我曾对那些小巧而强大的发光器件感到好奇,但总是不得其门而入。郭长志教授的著作,以其深厚的学术功底和卓越的教学能力,将那些看似艰深的理论,以一种清晰、流畅的方式呈现出来。书中对能带结构的阐述,并非枯燥的公式堆砌,而是与半导体材料的微观特性紧密结合,让我能直观地理解电子和空穴在晶格中的能量状态。我尤其赞赏书中对不同激励方式下光增益机制的详尽分析。从粒子数反转的根本原理,到增益谱的形成和演化,都做了深入浅出的讲解。书中对阈值增益、材料增益、填充因子等关键概念的定义和计算方法的介绍,让我能够更准确地评估和设计激光器的性能。更让我惊喜的是,书中还涉及了腔体损耗、反馈机制等影响激光输出特性的重要因素,这为我从理论到实际的设计提供了一个完整的视角。这本书不仅仅是理论的罗列,更像是工程师和研究人员的案头必备,它为理解和设计高性能半导体激光器提供了坚实的理论基础和实践指导。

评分

初次翻阅《半导体激光器设计理论:半导体激光器能带结构和光增益》,我便被其内容的深度与广度所折服。郭长志教授在书中对半导体激光器核心原理的阐述,远超我此前的任何认知。他不仅系统地介绍了半导体材料的能带结构,还将其与激光产生机制紧密联系起来。从最基本的量子力学原理出发,逐渐推导出能带理论,并以此为基础,详尽地解释了载流子的行为,以及它们如何通过复合过程产生光子。书中关于“直接带隙”与“间接带隙”材料在激光应用上的巨大差异,以及如何通过合金化等手段来改变材料的带隙,让我对不同类型半导体激光器的选择与设计有了更深刻的理解。更令我印象深刻的是,书中对光增益机制的讲解。从受激辐射的基本原理,到多量子阱结构如何通过限制载流子运动来提高增益,再到增益谱的演化,每一个环节都被剖析得淋漓尽致。我甚至看到了如何通过优化材料组分、掺杂浓度以及器件结构,来设计出具有特定发射波长和高效率的激光器。这本书不仅仅是一本教科书,更像是一本指导工程师和研究人员进行实际设计的宝典,其中蕴含的理论知识和设计思路,对于任何想要深入了解半导体激光器的人来说,都具有无与伦比的价值。

评分

这部《半导体激光器设计理论:半导体激光器能带结构和光增益》的出现,无疑是在我探索半导体激光器这一迷人领域时,如同拨云见日般的一次重要启迪。我一直对那些微小却能发出强大、定向光束的器件充满好奇,也曾尝试阅读过一些相关的科普读物,但总觉得隔靴搔痒,无法深入理解其核心原理。当翻开这本书时,一种严谨而又充满吸引力的学术气息扑面而来。郭长志教授以其深厚的功底,将半导体激光器那复杂到令人望而却步的能带结构,通过清晰的物理概念和严密的数学推导,层层剥离,展现在我们眼前。我尤其欣赏书中对不同半导体材料能带特性的细致分析,例如直接带隙和间接带隙的差异如何影响激光产生效率,以及不同掺杂浓度对能带弯曲和载流子分布的影响。书中对于量子阱、量子丝、量子点等纳米结构激光器的讨论,更是将理论的深度推向了一个新的高度,让我明白了为何这些微观结构能够实现如此优异的光电转换性能。对光增益机制的深入阐述,从粒子数反转到受激辐射,再到不同激励方式下的增益谱特性,都为我构建起了一个完整的理论框架。我甚至能感受到作者在字里行间流露出的对物理规律的敬畏和对科学探索的热情,这使得阅读的过程不仅仅是知识的获取,更是一种精神的洗礼。我期待着能通过这本书,一步步解开半导体激光器从理论到实践的层层迷雾,理解其精妙的设计哲学。

评分

读罢《半导体激光器设计理论:半导体激光器能带结构和光增益》,我的心中涌起一股前所未有的豁然开朗之感。一直以来,我总觉得半导体激光器是一个高深莫测的领域,充满了难以理解的物理概念。然而,郭长志教授在这本书中,用一种非常系统、非常具有逻辑性的方式,将这些概念一一串联起来。他从半导体材料最基础的能带理论讲起,生动形象地描绘了电子在晶格中的运动轨迹,以及不同能级之间的能量跃迁。我特别欣赏书中对“电子-空穴对”复合过程的细致讲解,以及如何通过施加外场来促进这种复合,从而产生光。书中对于各种半导体材料(如GaAs、InP、GaN等)能带结构的对比分析,以及它们在激光器设计中的应用,让我对不同材料的优势与局限有了清晰的认识。而对于光增益部分的深入探讨,更是让我理解了激光器产生光束的“秘密”。书中关于“粒子数反转”的条件,以及如何通过优化载流子密度来提高增益,都让我茅塞顿开。此外,书中还涉及了多种激励方式(如光泵浦、电注入)和不同类型的激光器结构(如DFB、DBR激光器),这些内容极大地拓展了我对半导体激光器多样性的认知。这本书不仅仅是理论的讲解,更蕴含着实际的设计智慧,为我打开了一扇通往精密工程和前沿科学的大门。

评分

在阅读《半导体激光器设计理论:半导体激光器能带结构和光增益》之前,我一直觉得半导体激光器的工作原理是一团迷雾。然而,郭长志教授的这部著作,如同灯塔一般,照亮了我前行的道路。书中对半导体能带结构的详细阐释,为我揭示了半导体材料之所以能够发光的内在奥秘。我学习了如何理解导带、价带、禁带宽度,以及它们与光子能量之间的关系。书中通过对比不同半导体材料的能带图,让我深刻理解了为什么有些材料能够高效地产生激光,而有些则不能。更让我着迷的是,书中对光增益机制的深入剖析。从受激辐射的基本原理,到载流子在能带中的分布与复合,再到增益系数的计算,每一个环节都被清晰地呈现出来。我甚至开始理解,为何通过引入量子阱等结构,可以显著提高半导体激光器的性能。书中对于不同激励方式(如电注入)下,如何构建粒子数反转的条件,以及如何设计器件来优化增益,都让我大开眼界。这本书不仅仅是理论的讲解,更是对如何“制造”一个高效半导体激光器提供了深刻的洞察。它让我明白,从微观的能带结构到宏观的光学输出,中间存在着严密的物理规律和精巧的设计思路。

评分

这是一本真正意义上的“设计理论”著作。《半导体激光器设计理论:半导体激光器能带结构和光增益》这本书,不仅仅停留在对半导体激光器原理的介绍,更是深入探讨了“如何设计”一个高性能的激光器。郭长志教授在书中,将复杂的半导体物理概念,如能带结构、电子-空穴复合、粒子数反转等,以一种系统化、条理化的方式呈现出来。我尤其欣赏书中对不同材料能带特性的对比分析,以及它们如何影响激光器的发射波长和效率。通过阅读,我了解到,设计一个半导体激光器,不仅仅是选择合适的材料,更需要对器件的结构进行精心的设计。书中对多量子阱结构、超晶格结构等先进设计理念的阐述,让我看到了半导体激光器性能提升的巨大潜力。而光增益部分的深入探讨,更是让我明白了,如何通过优化载流子注入、提高填充因子等方式,来获得更高的激光输出功率和更低的阈值电流。这本书让我从一个“观察者”转变为一个潜在的“设计者”,它所提供的理论框架和设计思路,对于任何希望在半导体激光器领域有所建树的人来说,都具有不可估量的价值。

相关图书

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou 等,本站所有链接都为正版商品购买链接。

© 2025 windowsfront.com All Rights Reserved. 静流书站 版权所有