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

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郭长志编著 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030473806

商品编码：10404129123

出版时间：2016-03-01

作  者:郭长志 编著 定  价:168 出 版 社:科学出版社 出版日期:2016年03月01日 装  帧:精装 ISBN:9787030473806 ●总序
●第2章半导体能带之间的跃迁
●2.3光跃迁的量子力学
●2.3.3连续能态在能级跃迁中的作用
●2.3.4带内弛豫及其谱线展宽
●2.3.5量子阱结构的带间光跃迁谱
●2.3.6光跃迁动量矩阵元的计算
●2.3.7间接带隙半导体的带间光跃迁
●2.3.8与杂质有关的光跃迁一无七选择定则
●2.3.9能带的非抛物性及其影响
●2.3.10多体相互作用的能带隙重整化
●2.3.11量子阱中的能带混合效应及其影响
●2.3.12大应变对增益的影响
●2.3.13应变程度的极限
●2.3.14量子阱微分增益及其作用
●2.3.15折射率(势垒)渐变分别量子阱的增益
●2.3.16量子阱激光器的激射阈值
●2.4温度对阈值的影响——T0问题
●2.4.1总论
●2.4.2俄歇复合过程的量子理论
●部分目录

内容简介

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。

好的，这是一份关于《半导体激光器能带结构和光增益的量子理论下册》的图书简介，内容聚焦于量子力学在半导体光电器件中的应用，但不直接描述该书的具体内容。 --- 《量子电子学原理与半导体光电器件》 导言：探索微观世界的能级跃迁与宏观器件性能 本书旨在深入剖析半导体材料的微观量子特性如何决定其在光电器件，特别是激光器和光发射二极管中的宏观性能。我们专注于构建一个严谨的理论框架，连接量子力学基础与实际的器件工程需求。全书的基调是理论的深度与工程应用的紧密结合，旨在为研究人员、工程师和高年级本科生提供一个全面的视角，理解光与物质相互作用的本质。 第一部分：半导体能带理论的量子力学基础 本部分首先回顾并深化布洛赫定理在周期性晶格结构中的应用，着重探讨晶格周期性对电子波函数和能带结构的影响。我们详细阐述了有效质量的概念，该概念是连接量子模型与经典半导体动力学的关键桥梁。 1. 周期性势场中的电子运动： 深入探讨薛定谔方程在周期性势场中的求解方法，重点分析布洛赫波的性质及其在不同晶体对称性下的能带结构演化。我们详细讨论了范霍夫奇点（Van Hove singularities）对态密度的影响，这对于理解吸收和发射光谱至关重要。 2. 晶格振动与电子相互作用： 引入晶格振动（声子）的量子描述，特别是多声子过程对电子能级的影响。分析电子-声子散射机制，这是决定载流子弛豫时间和寿命的关键因素。通过费米黄金定则，量化了这些非辐射复合过程的速率。 3. 掺杂与缺陷态： 探讨杂质原子引入的局部势场对能带结构和费米能级的影响。分析施主和受主能级的量子模型，以及这些缺陷态如何作为非辐射复合中心或陷阱态，影响器件的效率和稳定性。 第二部分：载流子动力学与输运理论 理解半导体器件的工作机制，必须掌握载流子的输运和弛豫过程。本部分侧重于利用统计力学和量子动力学描述载流子的行为。 1. 玻尔兹曼输运方程的建立与应用： 详细推导在电场和温度梯度作用下，载流子的玻尔兹曼输运方程（BTE）。重点讨论散射项的处理，特别是载流子与声子、杂质、载流子-载流子相互作用的量子截面计算。通过对BTE的简化和求解，分析漂移和扩散电流的产生机制。 2. 辐射复合的量子过程： 从光子和电子-空穴对的角度，严格描述辐射复合的微观过程。引入爱因斯坦的自发辐射系数、受激辐射系数和吸收系数之间的关系。讨论跨带跃迁（interband transition）和带内跃迁（intraband transition）的概率计算，并将其与能带结构直接关联。 3. 载流子弛豫机制的精细分析： 深入探讨俄歇复合（Auger Recombination）的机理，这在 III-V 族半导体激光器的高注入密度下尤为重要。分析俄歇过程的能量和动量守恒条件，并计算其复合速率与载流子浓度的依赖关系。 第三部分：光与半导体系统的耦合理论 本部分将理论的重点从纯粹的载流子动力学转向光子与电子-空穴准粒子在半导体腔体内的耦合行为。 1. 量子光学基础与半导体介质： 回顾经典电磁场理论与量子场论的衔接点。将半导体材料视为一个具有特定介电函数和非线性光学响应的介质。讨论光的传播、反射和折射的量子电动力学描述。 2. 密度矩阵理论在半导体中的应用： 引入密度矩阵 formalism 来描述处于非平衡态的半导体激发态。利用密度矩阵方程描述自发辐射、受激辐射和弛豫过程的相干性和非相干性演化。这是分析激光器增益建立和线宽特性的核心工具。 3. 增益谱的建立与调制： 详细分析半导体材料在不同注入条件下，其小信号光增益谱的形状。讨论了量子限制效应对能带填充（Band Filling）的影响，以及线宽展宽机制（如带际复合、声子散射）如何塑造实际的增益峰值。强调了峰值增益与费米能级位置的直接关系。 第四部分：从理论到器件：光电转换效率的极限 本部分旨在将前面建立的理论模型应用于评估实际光电器件的性能极限。 1. 速率方程组的构建： 基于辐射和非辐射复合速率、光子产生和损耗率，推导出描述激光器动态特性的速率方程组。分析阈值电流、效率滚降（roll-off）以及光输出功率的依赖关系。 2. 温度依赖性与热效应分析： 探讨半导体材料的热力学特性如何影响能带结构、载流子密度和复合速率。建立一个耦合了电学、光学和热学的模型，预测器件在不同工作温度下的性能衰减规律。 3. 载流子限制结构对性能的优化： 讨论量子阱、量子点等低维结构如何通过量子限制效应改变局域态密度和跃迁概率，从而实现更高的微分效率和更低的阈值电流密度。从能带工程的角度审视这些结构的设计原则。 总结 本书通过严谨的量子力学工具，系统地阐释了半导体光电器件从原子尺度到宏观性能的转化路径。它不仅提供了理解现有技术的理论基础，更为面向未来高性能、高效率光电子器件的设计提供了坚实的理论支撑。阅读本书，需要读者具备扎实的固体物理和量子力学基础。

评分☆☆☆☆☆

在我初步了解了半导体激光器的基本构造和工作流程后，我深知其背后蕴含着极其精妙的量子物理原理。《半导体激光器能带结构和光增益的量子理论下册》这个书名，立刻吸引了我。我希望这本书能带领我进入一个更深层次的理解境界。我尤其对“能带结构”如何影响“光增益”的机制充满兴趣。书中是否会从第一性原理出发，阐述不同半导体材料的能带如何形成？例如，如何通过晶格结构、原子间相互作用来描述导带和价带的形状？我期待书中能够提供严谨的数学推导，来解释电子和空穴如何填充这些能带，以及它们的能量分布如何满足玻尔兹曼分布或费米-狄拉克分布。关于“光增益”，我希望能看到书中详细解释，在量子力学尺度下，受激辐射是如何发生的，以及光子与电子-空穴对的相互作用如何实现光信号的放大。书中是否会讨论，如何通过调控材料成分、掺杂浓度，或者设计特殊的量子结构（如多量子阱、量子点），来优化光增益的幅度和带宽？这本书的下册，对我来说，是深入探索半导体激光器微观世界的一本必读书籍。

评分☆☆☆☆☆

这本书在我手中，散发着一种严谨而深刻的学术气息。虽然我目前对半导体激光器的理解还停留在较基础的层面，但《半导体激光器能带结构和光增益的量子理论下册》的书名就足以激发我进一步探索的欲望。我特别关注的是“光增益”这个概念，在我的认知里，光增益是激光器工作的核心，它意味着将激励输入的能量转化为相干光输出的能力。我非常期待书中能够详细阐述，在量子理论的框架下，半导体材料是如何实现光增益的。这其中涉及到哪些关键的物理过程？比如，电子-空穴复合如何产生光子？激射的条件又是什么？我希望书中能够通过深入的理论分析，揭示不同材料体系（如III-V族化合物半导体、II-VI族化合物半导体，甚至更新的量子点材料）在光增益特性上的差异，以及这些差异背后的量子力学原因。此外，我也想了解，如何在理论上预测和设计具有高增益和优良性能的半导体激光器。这本书的下册，无疑是我通往这一知识殿堂的下一站，我准备好迎接其中的挑战和收获。

评分☆☆☆☆☆

对于我而言，半导体激光器不仅仅是一种器件，更是一种融合了物理学、材料学和工程学的精密结晶。在阅读了关于激光器基础知识的书籍后，我发现要真正触及核心，必须深入了解其量子力学基础。《半导体激光器能带结构和光增益的量子理论下册》这个书名，精准地指出了我想要探究的方向。我非常希望书中能够详细解释，半导体材料的能带结构，例如价带、导带以及带隙，是如何为激光器工作奠定基础的。更重要的是，书中对于“光增益”的量子理论阐述，将是我学习的重点。我期望书中能深入探讨，电子和空穴在能带中的跃迁过程，以及它们是如何通过受激辐射来放大光信号的。我特别想知道，书中会如何处理载流子浓度的影响，例如载流子散射、俄歇复合等限制增益的因素，以及在量子理论框架下，如何描述和计算这些效应。如果书中还能涉及到半导体激光器腔的量子效应，比如模式选择和腔损耗，那将使我对整个激光器的工作原理有更全面的认识。这本书的下册，对我来说，是深入理解激光器“灵魂”的关键。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对半导体物理和光电子学充满热情的学生，在学习了激光器的基本原理后，我深知要真正掌握这一技术，必须深入理解其底层的量子力学机制。《半导体激光器能带结构和光增益的量子理论下册》这本书，从书名上看，就直接切入了问题的核心。我迫切希望书中能够为我打开一扇通往量子世界的大门，让我能够更清晰地理解电子在半导体能带中的运动，以及它们如何与光子发生相互作用。我尤其对“能带结构”在光增益形成中的作用感到好奇。书中是否会详细介绍不同晶体结构和掺杂情况下，能带是如何弯曲和形成的？这些能带结构又如何影响电子和空穴的分布，进而影响光吸收和发射的概率？我非常期待书中能够提供详尽的理论推导，解释费米-狄拉克统计、粒子数反转等概念在半导体激光器中的应用。如果书中还能探讨一些先进的器件结构，比如量子阱激光器、量子点激光器等，并从量子理论的角度分析它们的优势，那我将受益匪浅。这本书的下册，对我来说，意味着一次深入的理论洗礼。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我对于激光器的工作原理，尤其是其核心的半导体器件部分，都充满了好奇。接触到《半导体激光器能带结构和光增益的量子理论下册》这本书，我抱持着极大的期待。尽管下册的内容主要聚焦于量子理论的深入探讨，这对我来说是一个挑战，但我相信它会解答我心中许多关于能带结构和光增益更深层次的疑问。我尤其好奇，书中是如何将量子力学的抽象概念，比如波函数、能量本征态，以及海森堡不确定性原理等，巧妙地应用于解释半导体材料内部电子和空穴的行为，并最终构建出激光器能够产生相干光的基础。下册的书名暗示了其理论的深度和严谨性，我期待能够从中学习到一套完整而系统的理论框架，理解不同半导体材料在量子层面是如何影响其光电特性的，以及如何通过调控这些量子特性来优化激光器的性能。我希望能看到书中通过严谨的数学推导和清晰的物理图像，揭示能带结构与光增益之间的内在联系，比如载流子浓度、费米能级、以及量子阱结构等因素是如何影响增益谱和阈值电流的。这本书或许会成为我深入理解半导体激光器背后复杂量子机制的一把钥匙。