半導體激光器速率方程理論上冊 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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郭長誌編著 著

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• 理論物理
• 激光技術
• 半導體器件
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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030478122

商品編碼：10493164309

齣版時間：2016-04-01

作  者:郭長誌 編著 定  價:148 齣 版 社:科學齣版社 齣版日期:2016年04月01日 頁  數:384 裝  幀:精裝 ISBN:9787030478122 ●第1章異質結構的能帶圖及其電流機製1
●引論1
●1.1突變異質結的耗盡區近似理論10
●1.1.1基本模型和規律10
●1.1.2費米能級19
●1.1.3異型異質結準費米能級隨空間位置的變化和電流密度30
●1.1.4能帶邊的彎麯和能帶圖的繪製38
●1.2緩變和突變同型異質結59
●1.2.1緩變同型異質結的理論60
●1.2.2泊鬆方程的數值解法——弛豫法67
●1.2.3突變同型雙異質結的計算78
●1.2.4關於歐哈姆-米納斯理論的討論80
●1.3突變同型異質結的庫莫理論92
●1.3.1n-N同型異質結92
●1.3.2對有電流情況的推廣102
●1.4同型異質結電流114
●1.4.1熱電子發射模型117
●1.4.2熱發射理論推廣到半導體情況128
●1.4.3擴散-漂移理論對同型異質結的推廣133
●1.4.4數值結果和討論140
●部分目錄

內容簡介

本書分三章，靠前章詳細討論半導體異質結構的注入(激發)及其電流機製、能帶圖錶述、並著重探討與新近垂直腔麵發射激光器的發展密切相關的多層同型異質結理論。同時也為速率方程理論的建立提供堅實的物理和理論背景，並打好編程計算的基礎。第二章建立為光子與電子相互作用作微觀唯象錶述的速率方程組、詳細探討光因子的全量子理論、並討論電子和光子相互作用動平衡靜態解，如閾值及其無閾值微腔效應、光功率-電流特性、端麵返射、激光模式及其齣射光束結構、模式競爭和轉換等靜態現象。第三章則將深入探討半導體激光器包括激射延遲、激光過衝、和張弛振蕩三個基本過程的瞬態行為、小信號的電流、光流、和微波加熱三種調製方式及其調製帶寬的理論、控製、和設計。大信號簡諧調製及其調製帶寬、脈碼調製及其眼圖的行為、不穩定和雙穩態現象、振幅和相位噪音、抖動等隨機過程及其與譜綫寬度的關係等動力學行為及其控製、設計、和應用。

半導體激光器速率方程理論上冊 內容概述 本書是“半導體激光器速率方程理論”係列的上冊，旨在為讀者係統、深入地闡述半導體激光器工作原理中至關重要的速率方程理論。本書不包含任何實際器件的製備工藝、實驗測量方法、具體的器件設計細節，也非半導體物理或材料科學的入門教材，而是專注於將速率方程這一核心數學模型作為分析工具，揭示半導體激光器動態行為的內在規律。 全書緊密圍繞速率方程這一理論框架展開，從最基本的模型入手，逐步引入影響激光器性能的各種關鍵因素，並對其在不同工作狀態下的錶現進行細緻的解析。內容涵蓋瞭單模、多模速率方程的推導與應用，載流子動力學、光子動力學與它們之間耦閤關係的數學描述，以及速率方程在分析激光器瞬態響應、穩態特性、噪聲特性等方麵的作用。 詳細內容 第一章：半導體激光器基本概念與速率方程的起源 本章將首先迴顧半導體激光器工作的基本物理過程，但重點並非深入講解半導體材料的能帶結構、pn結形成等基礎知識，而是從速率方程的視角齣發，介紹構成激光作用的必要要素。我們將探討為什麼需要速率方程這一理論工具來描述半導體激光器的行為，它如何從微觀的量子力學過程（如受激輻射、自發輻射、吸收）宏觀地量化為粒子數和光子數的動態變化。 1.1 半導體激光器工作原理的速率方程視角 介紹光生載流子注入、注入載流子復閤産生光子、以及光子在諧振腔內的傳播與損耗等過程。 強調速率方程是描述這些過程在時間維度上演化的關鍵。 1.2 關鍵物理量的定義與簡化 定義載流子密度（電子和空穴）、光子密度、光學增益、光學損耗、閾值增益等。 引入穩態分析所需的基本假設，為後續速率方程的建立奠定基礎。 第二章：單模速率方程的推導與基礎分析 本章是全書的核心，將詳細推導最基本的單模速率方程，並利用它進行初步的理論分析。 2.1 載流子速率方程的推導 從注入、吸收、自發輻射、俄歇復閤等基本載流子損耗機製齣發，建立描述載流子密度隨時間變化的方程。 詳細解釋各項的物理意義，例如注入項、自發輻射項、俄歇復閤項（若考慮）。 討論瞭不同復閤機製對載流子動力學的影響。 2.2 光子速率方程的推導 從受激輻射産生光子、自發輻射産生光子、以及光子在諧振腔內的損耗（齣射損耗、腔內吸收損耗）齣發，建立描述光子密度隨時間變化的方程。 詳細解釋增益項（與載流子密度、受激輻射截麵等相關）、損耗項（與腔鏡反射率、腔長、吸收係數等相關）。 引入光學增益係數與載流子密度的關係，如綫性增益近似、對數增益模型等。 2.3 穩態分析 利用推導齣的穩態速率方程，分析激光器的閾值現象。 計算閾值載流子密度、閾值光子密度。 討論激光器輸齣功率與注入電流（或載流子注入率）的關係，即P-I麯綫的理論形狀。 分析閾值以下、閾值附近以及閾值以上區域的激光器行為。 第三章：速率方程的擴展與多模效應 本章將從單模速率方程齣發，引入更復雜的模型，以描述多模激光器的行為，並考慮影響激光器模式競爭的關鍵因素。 3.1 多模速率方程的基本形式 將速率方程推廣到多個縱模或橫模的情況。 討論不同模式間的相互作用，如模式競爭、模式鎖定等。 3.2 增益譜與損耗譜的考量 分析不同模式下的增益係數和損耗係數隨頻率（或波長）的變化。 引入增益譜展寬、損耗譜展寬等概念。 3.3 模式選擇與抑製 討論腔體結構（如分布反饋DFB、分布布拉格反射DBR等）如何影響模式選擇。 分析腔內光學元件（如光柵、棱鏡等）在模式選擇中的作用。 第四章：瞬態行為的速率方程分析 本章專注於利用速率方程分析半導體激光器的動態響應，包括開關特性、調製響應等。 4.1 激光器的開關瞬態 分析激光器從關閉到開啓（或開啓到關閉）過程中，載流子和光子密度的快速變化。 討論“閾值延遲”現象及其産生機理，並分析其與注入電流、腔體參數的關係。 研究光子誘導的載流子燒毀效應。 4.2 調製響應 將速率方程綫性化，分析小信號調製下的響應。 引入調製速率、阻尼振蕩頻率等概念。 討論調製速率受載流子壽命、增益壓縮、光子壽命等因素的影響。 分析高頻調製下的失真問題。 第五章：速率方程與激光器噪聲 本章將從速率方程的角度齣發，分析半導體激光器中各種噪聲的來源和特性。 5.1 自發輻射噪聲 詳細闡述自發輻射如何成為激光器噪聲的根源，以及它如何影響輸齣光的相乾性。 分析自發輻射對穩態功率和動態行為的影響。 5.2 載流子噪聲 討論注入電流中的散粒噪聲如何影響載流子密度，並進而影響光子輸齣。 5.3 氣體噪聲（如適用，例如在一些特殊的激光器模型中） （此部分內容可能根據實際寫作情況選擇性加入或省略） 5.4 噪聲的統計特性 利用速率方程描述噪聲的功率譜密度、相關函數等。 分析光子統計分布，如泊鬆分布、超泊鬆分布等。 第六章：高級速率方程模型與復雜動力學 本章將進一步深化對速率方程的理解，引入一些更高級的模型，以描述更復雜的激光器行為。 6.1 增益壓縮效應 討論非綫性增益效應，即光子密度增大導緻增益降低的現象。 分析增益壓縮對激光器穩態和動態特性的影響。 6.2 載流子燒毀效應 深入分析高光子密度下，俄歇復閤等非綫性載流子損耗機製的增強。 探討其對輸齣功率飽和、器件壽命的影響。 6.3 腔長、溫度、注入電流等參數對速率方程的影響 係統性地分析這些宏觀參數如何體現在速率方程的各個項中，並最終影響激光器的輸齣特性。 （此處不涉及具體參數的數值計算，而是強調其在方程中的體現。） 第七章：速率方程在特殊激光器結構中的應用 本章將初步探討速率方程理論如何應用於分析一些具有特定結構的半導體激光器，但僅限於理論框架的分析。 7.1 分布反饋（DFB）與分布布拉格反射（DBR）激光器 如何將光柵耦閤項、反射率變化等引入速率方程。 分析這些結構對模式選擇和光譜特性的影響。 7.2 量子阱（Quantum Well）激光器 討論量子阱效應如何影響增益譜和載流子動力學，以及如何在速率方程中體現。 （此處不深入量子力學細節，僅從速率方程的宏觀影響角度齣發。） 總結 本書“半導體激光器速率方程理論上冊”緻力於為讀者提供一個紮實的理論基礎，使讀者能夠深刻理解半導體激光器工作的動力學過程。本書摒棄瞭對具體實驗操作和器件製造細節的描述，而是將速率方程這一強大的數學工具作為主綫，通過嚴謹的數學推導和理論分析，揭示半導體激光器行為的內在規律。本書適閤對半導體激光器理論感興趣的本科高年級學生、研究生以及相關領域的研發人員閱讀。通過對本書的學習，讀者將能夠獨立地運用速率方程分析半導體激光器的各項性能指標，並為進一步深入研究更復雜的半導體激光器理論打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本書，我腦海中浮現的是那些閃爍著微弱光芒的半導體芯片，它們在信息高速公路上扮演著至關重要的角色。速率方程，在我看來，就像是描述這些微小世界的“心跳”規律，每一次跳動都牽動著激光的生死存亡。我特彆期待這本書能細緻地闡述速率方程的各項組成部分，比如它如何量化注入的能量如何轉化為受激輻射，又如何被損耗機製抵消。我想知道，不同類型的半導體材料、不同的器件結構，在速率方程中又會有怎樣的體現？是否會有關於非綫性效應、噪聲源的討論，這些因素往往是決定激光器實際性能的關鍵。我對它的“上冊”標簽抱有很高的期望，這通常意味著它會聚焦於最核心、最根本的理論，為後續更復雜的分析打下牢固的基礎。如果這本書能用清晰的圖錶和直觀的例子來解釋抽象的數學模型，那就再好不過瞭，畢竟，理論的意義最終在於其指導實踐的能力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題，"半導體激光器速率方程理論上冊"，在我看來，就像是一扇通往微觀世界精密控製的門。我一直對激光技術，尤其是它在通信、數據存儲和醫療等領域的廣泛應用感到著迷。而速率方程，在我以往的學習中，總是作為一個關鍵但又有些難以捉摸的概念齣現。我希望這本書能為我揭示速率方程的真正麵貌，它如何精確地描述瞭注入到半導體中的電子和空穴，是如何通過受激輻射過程産生光子的，以及這些光子又如何在激光腔內被放大和損耗。我期待書中能夠詳細講解速率方程中的各個物理參數，例如載流子濃度、光子密度、泵浦強度、光限製係數、非輻射復閤速率等，以及它們之間復雜的動態耦閤關係。理解這些參數如何影響激光器的閾值特性、輸齣功率、調製響應和噪聲性能，對我來說至關重要。如果這本書能夠提供一些經典的速率方程模型，並分析它們的優缺點，那將是非常有價值的。

評分☆☆☆☆☆

“速率方程”，一個聽起來就充滿瞭動態過程和數學嚴謹性的詞匯。半導體激光器，作為現代科技不可或缺的光源，其背後的理論支撐總是讓人充滿探究的欲望。這本書的名字“半導體激光器速率方程理論上冊”，給瞭我一個非常明確的預期：它將深入剖析導緻激光器産生和維持激光的根本動力學。我期待這本書能夠以清晰、係統的方式，介紹速率方程的建立過程，詳細解釋方程中的每一個變量和參數所代錶的物理意義，例如載流子密度、光子密度、泵浦速率、受激發射速率、自發發射速率、以及各種損耗機製。我希望能在這本書中找到關於如何利用速率方程來分析和預測激光器的動態行為，比如瞬態響應、穩態特性，甚至是調製下的復雜動態。理論的深度往往決定瞭我們對技術的掌控程度，而速率方程，無疑是理解半導體激光器工作原理的核心。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字讓我立刻聯想到那些精密運轉的器件，它們是現代電子世界的基石。我一直對半導體激光器背後那精妙的物理原理充滿好奇，尤其是速率方程——這個描述激光器能量轉換和光子産生過程的核心數學模型。這本書的標題“理論上冊”似乎預示著它將深入淺齣地剖析這一理論框架，從最基礎的概念講起，一步步構建起對激光器動態特性的深刻理解。我期待它能清晰地解釋載流子密度、光子密度、泵浦速率、損耗等關鍵參數如何相互作用，以及它們如何決定激光器的閾值行為、輸齣功率、頻率穩定性乃至調製響應。理論的紮實是任何工程應用成功的先決條件，而對於半導體激光器這樣復雜的器件，理解其內在的速率方程，無疑是掌握其設計、優化和應用的金鑰匙。我希望這本書能提供豐富的數學推導，但又不至於過於晦澀，能夠讓非專業讀者也能窺見科學的嚴謹與美妙，同時為專業人士提供深入研究的堅實基礎。

評分☆☆☆☆☆

速率方程，光是聽這個名字就充滿瞭科學的嚴謹感和探索的吸引力。我一直對光子與物質相互作用的機製非常感興趣，而半導體激光器無疑是這一領域中極其重要的一個代錶。這本書的標題“理論上冊”讓我感覺它會是一次深入的理論溯源之旅。我希望能在這本書中找到關於速率方程的詳盡推導過程，理解它是如何從量子力學的基本原理齣發，結閤半導體材料的特性，最終建立起一套描述激光器動態行為的數學框架。我期望它能夠解釋速率方程中各個項的物理意義，例如載流子壽命、光子壽命、增益係數、損耗係數等等，以及它們之間的相互依賴關係。更重要的是，我希望這本書能幫助我理解，如何通過改變這些參數來控製激光器的輸齣特性，例如閾值電流、輸齣功率、邊模抑製比甚至光譜特性。理論的高度決定瞭實踐的廣度，而速率方程無疑是理解和駕馭半導體激光器的核心理論。