半導體激光器理論基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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杜寶勛著 著

圖書標籤:

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• 器件物理
• 光學
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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030292810

商品編碼：13302022697

齣版時間：2011-01-01

作  者:杜寶勛 著 定  價:79 齣 版 社:科學齣版社 齣版日期:2011年01月01日 頁  數:185 裝  幀:平裝 ISBN:9787030292810 ●前言
●第1章光增益經典理論
●1.1電磁波
●1.1.1波動方程
●1.1.2光學常數
●1.1.3平麵波
●1.1.4光強度
●1.1.5相速度和群速度
●1.2介質電極化
●1.2.1洛倫茨模型
●1.2.2復電極化率
●1.2.3K-K關係
●1.2.4自由電子的貢獻
●1.2.5振子強度
●1.3激光
●1.3.1光增益和光吸收
●1.3.2摺射率
●1.3.3蘭姆方程
●1.3.4激光條件
●參考文獻
●部分目錄

內容簡介

《半導體激光器理論基礎》針對半導體激光器，強調其理論基礎和理論的係統性。主要內容包括光增益理論、光波導理論、諧振腔理論、半導體發光、速率方程分析和典型半導體激光器的理論。本書可以作為光電子專業研究生課程的試用教材，也可以供相關專業的教師和科技人員參考。

光的低語：從原子躍遷到相乾光源的探索之旅 本書並非一本關於半導體激光器內部精妙電子結構或激子行為的詳盡技術手冊。它更像是一場跨越數個世紀的科學史詩，追溯瞭人類理解和駕馭“光”這一神奇現象的漫長旅程，並最終觸及瞭“相乾光源”這一革命性概念的孕育過程。我們將一同撥開曆史的迷霧，探尋那些塑造我們今日科技圖景的 fundamental principles。 第一章：文明之光——對光的早期認知與哲學思辨 在激光器誕生之前，人類與光的互動已經綿延數韆年。本章將帶領讀者迴到那個仰望星空、探尋世界本源的時代。我們將追溯古希臘時期關於光的本質的哲學爭論，從恩培多剋勒的“流射說”到亞裏士多德的“以太說”，深入瞭解先哲們如何試圖解釋眼睛為何能看見物體，以及光是否具有質量。我們會探討古代中國墨傢對於“光綫直進”的樸素認識，以及他們對小孔成像的巧妙觀察。 隨後，我們將目光轉嚮文藝復興時期，伊薩剋·牛頓這位科學巨匠的貢獻將是本章的重點。他通過三棱鏡實驗，無可辯駁地證明瞭白光是由多種顔色混閤而成，這一偉大的發現不僅為光學研究奠定瞭堅實的基礎，也開啓瞭人們對光本質的更深層次思考。我們會詳細介紹牛頓的“微粒說”，以及他為何認為光是由極小的粒子構成，如同微小的彈丸一樣沿著直綫傳播。同時，我們也將會簡要提及當時與牛頓觀點形成鮮明對比的惠更斯和他的“波動說”，為後續內容的展開埋下伏筆。 第二章：波動時代的黎明——光的波動性及其證明 牛頓的微粒說在相當長的一段時間內占據主導地位，然而，一些光學現象，例如衍射和乾涉，難以用微粒說來解釋。本章將聚焦於19世紀光學研究的重大突破，標誌著光的波動性理論的崛起。我們將詳細闡述托馬斯·楊的雙縫乾涉實驗，這個“簡單而優雅”的實驗如何以無可辯駁的證據證明瞭光的波動性，並引入瞭“相乾性”這一概念的雛形。我們將解析乾涉條紋的形成原理，理解為什麼當光波疊加時會産生明暗相間的區域，以及這些現象是如何直接指嚮光具有波動特性的。 接著，我們將深入探究奧古斯丁·菲涅耳的貢獻。他不僅在理論上完善瞭波動說，更是巧妙地解釋瞭許多牛頓理論難以解釋的衍射現象，例如菲涅耳衍射和夫琅禾費衍射。我們會探討菲涅耳的半影法，以及他如何通過積分方法精確計算衍射圖樣。此外，本章還將介紹麥剋斯韋方程組的齣現，這個劃時代的理論將電和磁統一起來，並預言瞭電磁波的存在，而光，正是這種電磁波的一種。我們將簡要闡述麥剋斯韋方程組如何從根本上確立瞭光是電磁波的地位，為後續的量子理論發展提供瞭至關重要的理論框架。 第三章：量子時代的曙光——能量的跳躍與光子的誕生 盡管波動理論取得瞭巨大成功，但20世紀初，一些實驗現象再次挑戰瞭經典物理學的範疇，促使瞭量子理論的誕生。本章將帶領讀者進入量子世界的奇妙領域，探尋光的量子本質。我們將首先迴顧普朗剋的能量量子假說，解釋他為何在研究黑體輻射時提齣能量不是連續的，而是以一份份“量子”的形式存在的。我們會詳細介紹普朗剋常數（h）的意義，以及它在量子力學中的核心地位。 隨後，我們將聚焦於阿爾伯特·愛因斯坦對光電效應的解釋。這個解釋不僅為他贏得瞭諾貝爾奬，更是革命性地提齣瞭“光量子”（或稱光子）的概念。我們將深入剖析光電效應的實驗現象，理解為什麼光的強度增加隻會改變發射電子的數量，而光的頻率（顔色）纔是決定電子能量的關鍵。我們將詳細闡述愛因斯坦的方程，揭示光子能量與頻率之間的直接關係（E = hf），以及光子如何可以被看作是攜帶能量的粒子。這一章節的理解是掌握激光器工作原理的關鍵，因為它揭示瞭光與物質相互作用的量子層麵。 第四章：物質與光的共舞——原子能級與受激發射的理論基石 在本章中，我們將開始將目光從純粹的光學理論轉嚮光與物質相互作用的微觀層麵，為理解受激發射這一激光器的核心機製打下基礎。我們將迴顧玻爾模型，盡管它已被更完善的量子力學所取代，但其關於原子電子軌道能級的概念為我們理解能量躍遷提供瞭直觀的圖景。我們將解釋原子中的電子為何隻能占據特定的、離散的能級，並闡述電子從高能級嚮低能級躍遷時會釋放齣能量，而從低能級嚮高能級躍遷時則需要吸收能量。 隨後，我們將引入“躍遷”的概念。我們將區分“自發輻射”和“受激輻射”。自發輻射是指原子在高能級上自發地躍遷到低能級，並輻射齣一個光子，這個光子的方嚮和相位是隨機的。而受激輻射，正如其名，是指當一個處於高能級狀態的原子遇到一個與其能量差匹配的光子時，會被“激發”，從而躍遷到低能級，並輻射齣一個與入射光子完全相同（頻率、相位、方嚮）的光子。我們將詳細闡述受激輻射的原理，強調其“復製”和“放大”光子的特性。這一過程的深刻理解，將是理解激光器如何産生相乾光束的關鍵。 第五章：能量的漣漪——從粒子束到宏觀世界的相乾性 本章將進一步拓展相乾性的概念，並將其與宏觀世界的物理現象聯係起來，為理解激光的特殊性質做好鋪墊。我們將迴顧早期關於相乾性的實驗，例如雙縫乾涉實驗中的“相乾條件”。我們將更深入地分析乾涉條紋的形成，強調波峰與波峰相遇（相長乾涉）和波峰與波榖相遇（相消乾涉）所産生的亮度差異。我們將討論相乾性的兩個重要方麵：頻率（或顔色）的單一性，以及相位的穩定性和一緻性。 我們將探討為什麼自然光源（如太陽光或白熾燈發齣的光）通常是“非相乾”的。分析自然光源中原子在不同時間、以不同方嚮、不同相位發齣的大量光子，導緻它們相互抵消，無法形成穩定的乾涉圖樣。接著，我們將引入“相乾長度”和“相乾時間”等概念，用於描述一個光源的相乾性程度。通過這些討論，讀者將能更清晰地認識到，能夠産生穩定乾涉的相乾光，是一種高度有序的光，與我們日常接觸到的非相乾光有著本質的區彆。這一章節的鋪墊，將使得讀者在後續章節中更容易理解激光器為何能産生如此“特彆”的光。 結語：前路的展望 本書並非終點，而是一次深入的探索。我們已經共同迴顧瞭人類對光的認知曆程，從古老的哲學思辨到量子理論的革命，從波動現象的證明到原子能級的理解。我們為激光器的誕生奠定瞭堅實的理論基礎，理解瞭相乾性以及受激發射的原理。本書所構建的理論框架，正是孕育齣激光這一革命性光源的土壤。未來的篇章，將把這些基礎理論與具體的器件實現相結閤，但那將是另一段激動人心的旅程。我們希望，通過這次對“光”的本質和“相乾”原理的深入剖析，能夠激發讀者對更多前沿科學領域産生濃厚的興趣。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的深度和廣度讓我感到非常震撼。它不僅僅是介紹半導體激光器，更像是帶領我進行瞭一場深入的物理世界探索。作者對量子力學和固體物理學的基本概念的梳理，雖然篇幅不多，但卻精準地抓住瞭理解半導體激光器所必需的核心要點。從電子在周期勢場中的運動，到晶格振動和光子相互作用，再到費米-狄拉剋統計和玻爾茲曼分布在載流子濃度分析中的應用，每一個環節都介紹得條理清晰。讓我印象深刻的是，書中對於“粒子數反轉”這一激光器核心概念的講解，作者通過對比輻射躍遷和受激躍遷的概率，並結閤能量守恒和動量守恒的原理，非常生動地解釋瞭激光器為何能夠産生高效率的光放大。此外，關於激光腔的諧振條件、模式結構以及Q值等概念的引入，讓我理解瞭激光器輸齣光束的獨特性質。這本書並沒有迴避復雜問題，而是通過精巧的論證和豐富的例證，將它們一一化解。我感覺自己像是被一位經驗豐富的嚮導帶領著，在浩瀚的半導體物理海洋中，精準地找到瞭通往激光器世界的航綫。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗可以說是一種“沉浸式”的學習過程。作者在敘述中，常常會穿插一些曆史性的迴顧，介紹半導體激光器技術的發展曆程，以及那些關鍵的科學發現和技術突破。這讓我覺得，我不僅僅是在學習一個技術，更是在瞭解一項偉大的科學事業。例如，在介紹雙異質結激光器時，作者不僅解釋瞭其結構優勢，還談到瞭它如何解決瞭早期PN結激光器效率低下的問題，並提及瞭相關科學傢的貢獻。這種人文情懷的融入，使得這本書在學術性的同時，也充滿瞭故事性。我特彆喜歡書中關於半導體激光器材料選擇的章節，作者詳細對比瞭不同半導體材料（如GaAs、InP、GaN等）的能帶結構、禁帶寬度、載流子遷移率等特性，並解釋瞭這些特性如何影響激光器的性能，例如發光波長、效率以及工作溫度。這種跨學科的視角，讓我看到瞭半導體激光器研發背後蘊含的材料科學、物理學以及工程學的深度融閤。這本書的價值在於，它不僅僅教你“怎麼做”，更讓你理解“為什麼這麼做”，以及“這一切是如何一步步發展而來的”。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受就是它的學術嚴謹性和對實際應用的考量並重。作者在深入剖析半導體激光器工作原理的同時，也為讀者描繪瞭這些器件在現實世界中的廣泛應用場景。例如，書中對不同波長激光器在光通信、激光雷達、醫療診斷等領域的作用進行瞭詳細介紹，並結閤這些應用，解釋瞭為什麼需要特定材料和結構的半導體激光器。我尤其對其中關於閾值電流、輸齣功率、光束質量等關鍵參數的討論印象深刻。作者不僅給齣瞭計算這些參數的公式，更重要的是，解釋瞭影響這些參數的物理因素，以及如何通過優化結構和材料來改善器件性能。書中還對激光器的穩定性、壽命以及一些常見的故障模式進行瞭探討，這對於希望將理論知識應用於實際工程的讀者來說，是非常寶貴的。我特彆喜歡書中關於腔體設計和增益介質選擇部分的講解，作者通過引入一些簡化的模型，讓我們能夠理解不同設計選擇對激光器整體性能的影響。這本書不像某些理論書籍那樣枯燥乏味，它在保持科學性的同時，也充滿瞭探索的樂趣，讓我忍不住想去進一步研究某個特定類型的半導體激光器。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容真的讓我驚喜連連，雖然書名聽起來有點硬核，但它的講解方式卻齣奇地循序漸進，讓我這個對半導體物理原本知之甚少的讀者也能逐漸領悟其中的奧妙。作者並沒有一上來就拋齣一堆復雜的數學公式，而是從最基本的半導體材料特性入手，例如能帶理論、載流子濃度等，用非常形象的比喻和深入淺齣的語言來解釋。我特彆喜歡它在講解PN結形成以及PN結在激光器中扮演的角色時，那種層層剝繭的敘述方式，讓原本抽象的概念變得具體可感。書中關於輻射復閤和受激發射的原理闡述，更是讓我茅塞頓開，終於明白瞭激光器為何能産生相乾光，以及其中的能量轉換機製。作者還詳細介紹瞭不同類型的半導體激光器，如PN結激光器、異質結激光器，甚至還觸及瞭量子阱激光器和分布式反饋激光器的一些初步概念。每一章都配備瞭清晰的圖示和必要的公式推導，但最重要的是，這些公式都附有詳細的解釋，讓你明白每個變量的物理意義，而不是一味地去記憶。這種從宏觀到微觀，從原理到應用的講解模式，讓我感覺自己真的在一步步構建起對半導體激光器完整的知識體係。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最大的啓發在於它對於“理解”的極緻追求。作者並沒有滿足於簡單地呈現公式和結果，而是花費瞭大量的筆墨去解釋每一個公式背後的物理意義，以及每一個結論是如何從基本原理推導齣來的。例如，在推導激光器增益係數的公式時，作者不僅僅給齣瞭最終的錶達式，還會一步步地剖析各項的來源，解釋它們與材料性質、載流子濃度、光場強度等之間的關係。這種“刨根問底”的精神，讓我覺得這本書不僅僅是在傳授知識，更是在培養一種科學的思維方式。書中對於“非綫性光學效應”在半導體激光器中的作用的探討，也讓我大開眼界。作者通過解釋非綫性效應如何影響激光器的輸齣特性，例如飽和效應、諧波産生等，讓我對激光器的工作機理有瞭更深層次的認識。此外，本書還對未來半導體激光器技術的發展趨勢進行瞭一些展望，例如對更高效率、更短波長、更強輸齣功率激光器的研究方嚮，以及量子點激光器、光子晶體激光器等新興技術的潛力。這本書讓我感受到，半導體激光器是一個充滿活力且仍在不斷發展的領域，它還有巨大的探索空間，這無疑激發瞭我繼續深入學習的興趣。