半导体激光器速率方程理论上册 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：9787030478122

商品编码：10493164309

出版时间：2016-04-01

作  者:郭长志 编著 定  价:148 出 版 社:科学出版社 出版日期:2016年04月01日 页  数:384 装  帧:精装 ISBN:9787030478122 ●第1章异质结构的能带图及其电流机制1
●引论1
●1.1突变异质结的耗尽区近似理论10
●1.1.1基本模型和规律10
●1.1.2费米能级19
●1.1.3异型异质结准费米能级随空间位置的变化和电流密度30
●1.1.4能带边的弯曲和能带图的绘制38
●1.2缓变和突变同型异质结59
●1.2.1缓变同型异质结的理论60
●1.2.2泊松方程的数值解法——弛豫法67
●1.2.3突变同型双异质结的计算78
●1.2.4关于欧哈姆-米纳斯理论的讨论80
●1.3突变同型异质结的库莫理论92
●1.3.1n-N同型异质结92
●1.3.2对有电流情况的推广102
●1.4同型异质结电流114
●1.4.1热电子发射模型117
●1.4.2热发射理论推广到半导体情况128
●1.4.3扩散-漂移理论对同型异质结的推广133
●1.4.4数值结果和讨论140
●部分目录

内容简介

本书分三章，靠前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激射延迟、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、抖动等随机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。

半导体激光器速率方程理论上册 内容概述 本书是“半导体激光器速率方程理论”系列的上册，旨在为读者系统、深入地阐述半导体激光器工作原理中至关重要的速率方程理论。本书不包含任何实际器件的制备工艺、实验测量方法、具体的器件设计细节，也非半导体物理或材料科学的入门教材，而是专注于将速率方程这一核心数学模型作为分析工具，揭示半导体激光器动态行为的内在规律。 全书紧密围绕速率方程这一理论框架展开，从最基本的模型入手，逐步引入影响激光器性能的各种关键因素，并对其在不同工作状态下的表现进行细致的解析。内容涵盖了单模、多模速率方程的推导与应用，载流子动力学、光子动力学与它们之间耦合关系的数学描述，以及速率方程在分析激光器瞬态响应、稳态特性、噪声特性等方面的作用。 详细内容 第一章：半导体激光器基本概念与速率方程的起源 本章将首先回顾半导体激光器工作的基本物理过程，但重点并非深入讲解半导体材料的能带结构、pn结形成等基础知识，而是从速率方程的视角出发，介绍构成激光作用的必要要素。我们将探讨为什么需要速率方程这一理论工具来描述半导体激光器的行为，它如何从微观的量子力学过程（如受激辐射、自发辐射、吸收）宏观地量化为粒子数和光子数的动态变化。 1.1 半导体激光器工作原理的速率方程视角 介绍光生载流子注入、注入载流子复合产生光子、以及光子在谐振腔内的传播与损耗等过程。 强调速率方程是描述这些过程在时间维度上演化的关键。 1.2 关键物理量的定义与简化 定义载流子密度（电子和空穴）、光子密度、光学增益、光学损耗、阈值增益等。 引入稳态分析所需的基本假设，为后续速率方程的建立奠定基础。 第二章：单模速率方程的推导与基础分析 本章是全书的核心，将详细推导最基本的单模速率方程，并利用它进行初步的理论分析。 2.1 载流子速率方程的推导 从注入、吸收、自发辐射、俄歇复合等基本载流子损耗机制出发，建立描述载流子密度随时间变化的方程。 详细解释各项的物理意义，例如注入项、自发辐射项、俄歇复合项（若考虑）。 讨论了不同复合机制对载流子动力学的影响。 2.2 光子速率方程的推导 从受激辐射产生光子、自发辐射产生光子、以及光子在谐振腔内的损耗（出射损耗、腔内吸收损耗）出发，建立描述光子密度随时间变化的方程。 详细解释增益项（与载流子密度、受激辐射截面等相关）、损耗项（与腔镜反射率、腔长、吸收系数等相关）。 引入光学增益系数与载流子密度的关系，如线性增益近似、对数增益模型等。 2.3 稳态分析 利用推导出的稳态速率方程，分析激光器的阈值现象。 计算阈值载流子密度、阈值光子密度。 讨论激光器输出功率与注入电流（或载流子注入率）的关系，即P-I曲线的理论形状。 分析阈值以下、阈值附近以及阈值以上区域的激光器行为。 第三章：速率方程的扩展与多模效应 本章将从单模速率方程出发，引入更复杂的模型，以描述多模激光器的行为，并考虑影响激光器模式竞争的关键因素。 3.1 多模速率方程的基本形式 将速率方程推广到多个纵模或横模的情况。 讨论不同模式间的相互作用，如模式竞争、模式锁定等。 3.2 增益谱与损耗谱的考量 分析不同模式下的增益系数和损耗系数随频率（或波长）的变化。 引入增益谱展宽、损耗谱展宽等概念。 3.3 模式选择与抑制 讨论腔体结构（如分布反馈DFB、分布布拉格反射DBR等）如何影响模式选择。 分析腔内光学元件（如光栅、棱镜等）在模式选择中的作用。 第四章：瞬态行为的速率方程分析 本章专注于利用速率方程分析半导体激光器的动态响应，包括开关特性、调制响应等。 4.1 激光器的开关瞬态 分析激光器从关闭到开启（或开启到关闭）过程中，载流子和光子密度的快速变化。 讨论“阈值延迟”现象及其产生机理，并分析其与注入电流、腔体参数的关系。 研究光子诱导的载流子烧毁效应。 4.2 调制响应 将速率方程线性化，分析小信号调制下的响应。 引入调制速率、阻尼振荡频率等概念。 讨论调制速率受载流子寿命、增益压缩、光子寿命等因素的影响。 分析高频调制下的失真问题。 第五章：速率方程与激光器噪声 本章将从速率方程的角度出发，分析半导体激光器中各种噪声的来源和特性。 5.1 自发辐射噪声 详细阐述自发辐射如何成为激光器噪声的根源，以及它如何影响输出光的相干性。 分析自发辐射对稳态功率和动态行为的影响。 5.2 载流子噪声 讨论注入电流中的散粒噪声如何影响载流子密度，并进而影响光子输出。 5.3 气体噪声（如适用，例如在一些特殊的激光器模型中） （此部分内容可能根据实际写作情况选择性加入或省略） 5.4 噪声的统计特性 利用速率方程描述噪声的功率谱密度、相关函数等。 分析光子统计分布，如泊松分布、超泊松分布等。 第六章：高级速率方程模型与复杂动力学 本章将进一步深化对速率方程的理解，引入一些更高级的模型，以描述更复杂的激光器行为。 6.1 增益压缩效应 讨论非线性增益效应，即光子密度增大导致增益降低的现象。 分析增益压缩对激光器稳态和动态特性的影响。 6.2 载流子烧毁效应 深入分析高光子密度下，俄歇复合等非线性载流子损耗机制的增强。 探讨其对输出功率饱和、器件寿命的影响。 6.3 腔长、温度、注入电流等参数对速率方程的影响 系统性地分析这些宏观参数如何体现在速率方程的各个项中，并最终影响激光器的输出特性。 （此处不涉及具体参数的数值计算，而是强调其在方程中的体现。） 第七章：速率方程在特殊激光器结构中的应用 本章将初步探讨速率方程理论如何应用于分析一些具有特定结构的半导体激光器，但仅限于理论框架的分析。 7.1 分布反馈（DFB）与分布布拉格反射（DBR）激光器 如何将光栅耦合项、反射率变化等引入速率方程。 分析这些结构对模式选择和光谱特性的影响。 7.2 量子阱（Quantum Well）激光器 讨论量子阱效应如何影响增益谱和载流子动力学，以及如何在速率方程中体现。 （此处不深入量子力学细节，仅从速率方程的宏观影响角度出发。） 总结 本书“半导体激光器速率方程理论上册”致力于为读者提供一个扎实的理论基础，使读者能够深刻理解半导体激光器工作的动力学过程。本书摒弃了对具体实验操作和器件制造细节的描述，而是将速率方程这一强大的数学工具作为主线，通过严谨的数学推导和理论分析，揭示半导体激光器行为的内在规律。本书适合对半导体激光器理论感兴趣的本科高年级学生、研究生以及相关领域的研发人员阅读。通过对本书的学习，读者将能够独立地运用速率方程分析半导体激光器的各项性能指标，并为进一步深入研究更复杂的半导体激光器理论打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字让我立刻联想到那些精密运转的器件，它们是现代电子世界的基石。我一直对半导体激光器背后那精妙的物理原理充满好奇，尤其是速率方程——这个描述激光器能量转换和光子产生过程的核心数学模型。这本书的标题“理论上册”似乎预示着它将深入浅出地剖析这一理论框架，从最基础的概念讲起，一步步构建起对激光器动态特性的深刻理解。我期待它能清晰地解释载流子密度、光子密度、泵浦速率、损耗等关键参数如何相互作用，以及它们如何决定激光器的阈值行为、输出功率、频率稳定性乃至调制响应。理论的扎实是任何工程应用成功的先决条件，而对于半导体激光器这样复杂的器件，理解其内在的速率方程，无疑是掌握其设计、优化和应用的金钥匙。我希望这本书能提供丰富的数学推导，但又不至于过于晦涩，能够让非专业读者也能窥见科学的严谨与美妙，同时为专业人士提供深入研究的坚实基础。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书，我脑海中浮现的是那些闪烁着微弱光芒的半导体芯片，它们在信息高速公路上扮演着至关重要的角色。速率方程，在我看来，就像是描述这些微小世界的“心跳”规律，每一次跳动都牵动着激光的生死存亡。我特别期待这本书能细致地阐述速率方程的各项组成部分，比如它如何量化注入的能量如何转化为受激辐射，又如何被损耗机制抵消。我想知道，不同类型的半导体材料、不同的器件结构，在速率方程中又会有怎样的体现？是否会有关于非线性效应、噪声源的讨论，这些因素往往是决定激光器实际性能的关键。我对它的“上册”标签抱有很高的期望，这通常意味着它会聚焦于最核心、最根本的理论，为后续更复杂的分析打下牢固的基础。如果这本书能用清晰的图表和直观的例子来解释抽象的数学模型，那就再好不过了，毕竟，理论的意义最终在于其指导实践的能力。

评分☆☆☆☆☆

速率方程，光是听这个名字就充满了科学的严谨感和探索的吸引力。我一直对光子与物质相互作用的机制非常感兴趣，而半导体激光器无疑是这一领域中极其重要的一个代表。这本书的标题“理论上册”让我感觉它会是一次深入的理论溯源之旅。我希望能在这本书中找到关于速率方程的详尽推导过程，理解它是如何从量子力学的基本原理出发，结合半导体材料的特性，最终建立起一套描述激光器动态行为的数学框架。我期望它能够解释速率方程中各个项的物理意义，例如载流子寿命、光子寿命、增益系数、损耗系数等等，以及它们之间的相互依赖关系。更重要的是，我希望这本书能帮助我理解，如何通过改变这些参数来控制激光器的输出特性，例如阈值电流、输出功率、边模抑制比甚至光谱特性。理论的高度决定了实践的广度，而速率方程无疑是理解和驾驭半导体激光器的核心理论。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题，"半导体激光器速率方程理论上册"，在我看来，就像是一扇通往微观世界精密控制的门。我一直对激光技术，尤其是它在通信、数据存储和医疗等领域的广泛应用感到着迷。而速率方程，在我以往的学习中，总是作为一个关键但又有些难以捉摸的概念出现。我希望这本书能为我揭示速率方程的真正面貌，它如何精确地描述了注入到半导体中的电子和空穴，是如何通过受激辐射过程产生光子的，以及这些光子又如何在激光腔内被放大和损耗。我期待书中能够详细讲解速率方程中的各个物理参数，例如载流子浓度、光子密度、泵浦强度、光限制系数、非辐射复合速率等，以及它们之间复杂的动态耦合关系。理解这些参数如何影响激光器的阈值特性、输出功率、调制响应和噪声性能，对我来说至关重要。如果这本书能够提供一些经典的速率方程模型，并分析它们的优缺点，那将是非常有价值的。

评分☆☆☆☆☆

“速率方程”，一个听起来就充满了动态过程和数学严谨性的词汇。半导体激光器，作为现代科技不可或缺的光源，其背后的理论支撑总是让人充满探究的欲望。这本书的名字“半导体激光器速率方程理论上册”，给了我一个非常明确的预期：它将深入剖析导致激光器产生和维持激光的根本动力学。我期待这本书能够以清晰、系统的方式，介绍速率方程的建立过程，详细解释方程中的每一个变量和参数所代表的物理意义，例如载流子密度、光子密度、泵浦速率、受激发射速率、自发发射速率、以及各种损耗机制。我希望能在这本书中找到关于如何利用速率方程来分析和预测激光器的动态行为，比如瞬态响应、稳态特性，甚至是调制下的复杂动态。理论的深度往往决定了我们对技术的掌控程度，而速率方程，无疑是理解半导体激光器工作原理的核心。