半導體激光器電子能帶結構和光增益的量子理論 郭長誌 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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郭長誌 著

圖書標籤:

• 半導體激光器
• 量子理論
• 電子能帶結構
• 光增益
• 郭長誌
• 半導體物理
• 激光物理
• 量子力學
• 材料科學
• 光學

店鋪： 北京群洲文化專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030473400

商品編碼：29332661939

包裝：圓脊精裝

齣版時間：2016-05-01

基本信息

書名：半導體激光器電子能帶結構和光增益的量子理論

定價：178.00元

作者：郭長誌

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2016-05-01

ISBN：9787030473400

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：圓脊精裝

開本：B5

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書討論瞭達到設計所需精度的量子阱、量子綫、和量子點的電子能帶和能級的量子理論和設計計算,帶間和子帶間光躍遷幾率和光增益的半徑典量子理論和設計,應變效應及其對各維能帶結構的影響、溫度效應T0問題的物理機製，特彆是俄歇復閤的量子理論及其剋服方案和設計,量子阱間耦閤、載流子落入和逃逸時間的理論和設計。子帶間量子級聯激光器的理論和設計，其真正優點和局限性。扼要介紹全量子理論的量子光學和自發發射等理論問題。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《半導體激光器電子能帶結構與光增益的量子理論》 作者：郭長誌 簡介： 郭長誌教授傾注多年心血撰寫的《半導體激光器電子能帶結構與光增益的量子理論》，並非一本淺嘗輒止的科普讀物，而是一部深入鑽研半導體激光器核心物理機製的學術專著。本書旨在為讀者提供一套嚴謹、係統且具有前瞻性的理論框架，以深刻理解半導體激光器的工作原理，並為器件的優化設計與新材料的探索奠定堅實的理論基礎。 本書的核心內容圍繞半導體激光器中兩個至關重要的物理概念展開：電子能帶結構與光增益。作者以量子力學和固體物理學為基石，循序漸進地解析瞭這兩大概念在半導體激光器工作過程中的內在聯係與相互作用，力求揭示其精妙的物理本質。 一、 電子能帶結構：半導體激光器的“骨架” 理解半導體激光器，首先需要透徹掌握其作為工作物質基礎的半導體材料的電子能帶結構。本書在這一部分投入瞭大量的篇幅，力圖以最詳實、最嚴謹的方式構建這一理論框架。 量子力學基礎與晶體周期勢： 作者首先迴顧瞭量子力學中描述電子行為的基本原理，並以此為齣發點，引入瞭晶體周期勢的概念。通過求解薛定諤方程，詳細闡述瞭布裏淵區、能帶、禁帶、晶格振動（聲子）等關鍵物理量的形成機製。讀者將在此深入理解電子在晶體中並非自由運動，而是受到周期性勢場的影響，從而形成離散的能級，進而匯聚成具有特定寬度和形狀的能帶。 能帶理論的深化： 針對半導體激光器常用的III-V族、II-VI族化閤物半導體以及量子點、量子阱等低維材料，本書深入探討瞭其特有的能帶結構特徵。例如，直接帶隙與間接帶隙材料的區彆及其對光發射效率的影響；不同晶體結構（如閃鋅礦、縴鋅礦）導緻的能帶形狀差異；以及應變效應、同質結與異質結的形成對能帶結構的影響。作者還將詳細介紹能帶計算的各種方法，包括緊束縛法、平麵波展開法、密度泛函理論（DFT）及其在實際應用中的優缺點，為讀者提供選擇和理解計算結果的工具。 載流子統計與費米能級： 明白瞭能帶結構，接下來便是理解電子（自由電子）和空穴（電子的缺失）在這些能帶中的分布。本書將詳細講解玻爾茲曼統計和費米-狄拉剋統計，以及在不同溫度和載流子濃度下，費米能級的位置對半導體光學性質的影響。對於激光器而言，載流子的填充狀態是實現光增益的前提，因此，對費米能級的準確理解至關重要。 低維結構與量子受限效應： 隨著微電子和光電子技術的飛速發展，量子阱、量子綫、量子點等低維半導體材料在激光器製造中的應用日益廣泛。本書將著重闡述這些結構中由於量子限製效應而産生的能帶結構的獨特變化，如能級分立、態密度函數的變化，以及這些變化如何影響激射特性。作者將詳細講解德布羅意波長與結構尺寸的相對大小是決定量子受限程度的關鍵因素。 二、 光增益的量子理論：半導體激光器的“動力引擎” 在充分理解瞭半導體材料的電子能帶結構後，本書將聚焦於解釋激光器工作中最核心的物理過程——光增益的産生機製。 光與物質的相互作用： 作者將從量子電動力學的角度齣發，詳細分析光子與半導體材料中的電子和空穴之間的相互作用。這包括吸收、自發輻射和受激輻射這三種基本過程。本書將深入探討這些過程的量子化本質，例如，光子的能量如何與電子的躍遷能量相匹配，以及躍遷的概率如何決定瞭相互作用的強度。 增益譜的形成： 光增益並非一個單一的數值，而是依賴於光子能量（或波長）的函數。本書將詳細推導描述光增益譜的理論公式。這涉及到對吸收截麵、受激輻射截麵、態密度、載流子填充幾率等關鍵參數的精確計算。作者將重點分析材料參數（如帶隙、有效質量、偶極矩）、溫度、載流子濃度以及缺陷等因素對增益譜形狀和峰值的影響。 四能級模型與粒子數反轉： 為瞭實現激光的相乾輸齣，必須在半導體中建立粒子數反轉的條件，即高能級上的粒子數大於低能級上的粒子數。本書將詳細講解實現粒子數反轉的必要性，並引入經典的四能級和三能級模型，分析不同泵浦機製（如電注入、光泵浦）如何驅動電子和空穴填充到特定的能級，從而達到粒子數反轉。對於半導體激光器而言，理解電子和空穴在導帶和價帶中填充的動態過程尤為重要。 增益係數的計算與優化： 建立在量子理論基礎之上，本書將提供計算半導體激光器增益係數的詳細步驟和方法。這包括引入緊束縛模型、k·p微擾理論等計算工具，來精確計算電子-空穴復閤的躍遷偶極矩，並進一步推導齣增益係數的錶達式。作者還將討論影響增益係數的關鍵因素，例如： 載流子濃度： 闡述載流子濃度對粒子數反轉和增益強度的直接影響，以及過高的載流子濃度可能導緻的負阻效應等問題。 溫度效應： 分析溫度變化如何影響能帶結構、載流子分布以及躍遷速率，進而影響光增益。 帶隙工程（Bandgap Engineering）： 詳細介紹如何通過改變材料組分、摻雜濃度、設計多層異質結結構（如量子阱、超晶格）來調控材料的帶隙和能帶結構，從而優化增益譜的位置、寬度和峰值，實現特定波長和高效率的激光輸齣。 低維結構增益特性： 再次強調量子阱、量子綫、量子點等低維結構在提升增益因子、降低閾值電流方麵的優勢，並詳細分析其背後深刻的量子物理原因，例如態密度奇點對增益的貢獻。 光反饋與激光振蕩： 雖然本書的重點是電子能帶結構和光增益，但為瞭完整性，作者也會簡要介紹光反饋機製（如分布式布拉格反射器DBR、光柵耦閤）如何與光增益相互作用，最終形成相乾的激光輸齣。這一部分將作為對增益理論在實際激光器應用中的一個初步展望。 本書的特色與價值： 理論的深度與嚴謹性： 本書並非簡單羅列公式，而是深入剖析瞭每一個理論推導背後的物理意義，並提供瞭詳實的數學推導過程，適閤具備一定量子力學和固體物理基礎的研究生及研究人員閱讀。 體係的完整性與邏輯性： 從宏觀的能帶結構到微觀的光增益産生，本書構建瞭一個完整的理論體係，層層遞進，邏輯清晰，能夠幫助讀者建立起對半導體激光器工作原理的係統認知。 麵嚮前沿的視野： 本書不僅涵蓋瞭半導體激光器領域經典的理論模型，也對低維結構、帶隙工程等前沿技術進行瞭深入探討，為讀者瞭解和參與相關領域的研究提供瞭理論指導。 應用導嚮： 盡管本書以理論研究為主，但其嚴謹的理論分析，為半導體激光器的器件設計、材料選擇、性能優化提供瞭重要的理論依據和指導方嚮，具有極高的應用價值。 《半導體激光器電子能帶結構與光增益的量子理論》無疑將成為半導體激光器領域理論研究的寶貴參考，為有誌於深入探索這一迷人領域的科研人員提供一套堅實而係統的理論武器。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對激光技術應用感興趣的普通讀者，我被這本書的題目所吸引，因為它直擊半導體激光器的核心物理機製。我預期這本書會帶領我深入理解“電子能帶結構”這一 foundational concept。我會期待作者能夠詳細闡述不同半導體材料（如矽、砷化鎵等）的能帶模型，包括其形狀、寬度以及能隙的物理意義。書中是否會觸及 Brillouin 區域、晶格振動以及這些因素如何影響能帶的細節，這一點讓我尤為好奇。 緊接著，“光增益”的部分，我希望看到的是其背後精妙的量子力學解釋。我推測書中會探討粒子數反轉、受激發射等關鍵物理過程，並提供相應的數學模型。例如，是否會講解 Fermi-Dirac 分布在能帶中的作用，以及如何通過注入載流子來誘導反轉分布，從而實現光學放大。對於“光增益”的計算方法，以及影響其大小的因素（如材料質量、結構設計、溫度等），我也充滿瞭探索的興趣。這本書能否為我揭示半導體激光器為何能夠産生相乾光，並且高效放大的奧秘，是我期待的核心。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字，聽起來就充滿瞭挑戰性，但同時又極具吸引力。我猜想，這本書的核心內容將圍繞著“電子能帶結構”展開，這無疑是理解半導體材料性質的基石。我希望能在這本書中找到關於半導體晶格振動、電子-聲子散射，以及這些因素如何影響能帶形狀和電子遷移率的詳細講解。書中是否會涉及 k·p 微擾理論等更高級的工具來精確描述能帶的局部特徵？我對於瞭解不同原子族（如 III-V 族、II-VI 族）在能帶結構上的細微差異，以及這些差異如何導緻不同的光學特性，充滿瞭興趣。 而“光增益”部分，則是我最期待的內容之一。我希望這本書能夠用清晰的邏輯，從量子力學的角度解釋半導體激光器是如何實現光放大的。這很可能涉及到“粒子數反轉”這一關鍵概念，以及如何通過載流子注入（例如電注入或光注入）來達到這一狀態。我設想書中會給齣增益係數的數學錶達式，並詳細分析其與材料參數、工作條件（如泵浦強度、溫度）之間的關係。這本書能否為我揭示，為何在特定條件下，半導體材料能夠高效地放大光，成為激光器的核心，是我關注的重點。

評分☆☆☆☆☆

《半導體激光器電子能帶結構和光增益的量子理論》這個書名，讓我聯想到瞭一次深入的學術探索之旅。首先，我對“電子能帶結構”部分的講解充滿期待。我設想作者會詳細介紹半導體材料的能帶理論，包括費米能級、導帶、價帶、禁帶等基本概念。書中是否會涉及材料的晶格結構、周期性勢場對電子運動的影響，以及 Brillouin 區域的劃分？我特彆希望看到關於不同半導體材料（如 GaAs, InP, GaN 等）的能帶參數是如何測定和計算的。 接著，“光增益”作為激光器工作的核心，我期望本書能提供一套嚴謹的理論分析。這可能包括從量子力學的角度解釋受激發射過程，以及半導體材料中實現粒子數反轉的條件。我希望能讀到關於增益譜、增益係數、閾值光強的理論推導和計算方法。書中是否會討論半導體激光器中的非綫性光學效應，以及這些效應如何影響光增益？我希望這本書能夠為我揭示，半導體材料是如何通過巧妙的能帶設計和精確的量子調控，實現高效的光放大，從而誕生齣我們日常生活中廣泛應用的半導體激光器。

評分☆☆☆☆☆

看到《半導體激光器電子能帶結構和光增益的量子理論》這個書名，我立刻聯想到這是一本嚴謹而深入的學術著作。我猜測本書會從量子力學的基本原理齣發，詳細剖析半導體材料內部電子的行為。具體來說，“電子能帶結構”部分，我預期會看到關於 Bloch 定理、能帶形成機製、有效質量等概念的詳盡論述。書中是否會運用薛定諤方程等工具來描述電子在周期性勢場中的運動？我希望能夠理解不同晶體結構（例如立方晶格）如何導緻特定的能帶形狀，以及這些形狀如何影響材料的光學和電學性質。 隨後，“光增益”作為激光器的核心功能，我期望書中能夠提供一套嚴謹的理論框架來解釋其産生機製。這可能涉及到 Einstein 提齣的受激發射理論，以及如何將其應用於半導體體係。我希望能看到關於光學增益譜、峰值增益、增益帶寬等關鍵參數的理論推導。書中是否會討論不同量子阱、超晶格等納米結構如何通過調控能帶結構來優化光增益？我對作者如何將微觀的量子行為與宏觀的光放大效應聯係起來，感到特彆好奇。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字聽起來就十分專業，雖然我目前對半導體激光器的電子能帶結構和光增益的量子理論瞭解不多，但僅僅是看到這個標題，就激起瞭我探索的欲望。我猜想，這本書會深入淺齣地講解半導體激光器最核心的物理原理。從“電子能帶結構”這個詞來看，它應該會詳細介紹半導體材料內部電子的能量分布，以及禁帶、價帶、導帶等概念是如何形成的。這一點對於理解半導體材料為何能夠發光至關重要。我特彆好奇，書中是否會用生動的比喻或者圖示來幫助讀者理解這些抽象的概念，畢竟能帶理論對於初學者來說可能有些門檻。 接著，“光增益”這個詞也讓我充滿瞭期待。光增益是激光器能夠實現光放大的關鍵。我設想書中會從量子力學的角度，解釋電子在能帶中如何躍遷，並在這個過程中吸收或輻射光子。特彆是“光增益”是如何産生的，是需要達到一定的粒子數反轉，還是其他更深層次的量子效應？這本書會不會討論不同材料體係（例如III-V族、II-VI族半導體）在能帶結構上的差異，以及這些差異如何影響光增益的特性？我希望能讀到關於閾值電流、增益譜、增益係數等重要參數的理論推導和物理意義的闡釋。