【XH】 半導體激光器能帶結構和光譜益的量子理論-半導體激光器設計理論III-(上冊) 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
• 能帶結構
• 光譜特性
• 量子理論
• 激光器設計
• 半導體物理
• 光電子學
• 材料科學
• 物理學
• 半導體器件

店鋪： 愛尚美潤圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030473400

商品編碼：29491665820

包裝：精裝

齣版時間：2016-03-01

基本信息

書名：半導體激光器能帶結構和光譜益的量子理論-半導體激光器設計理論III-(上冊)

定價：178.00元

作者：郭長誌

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2016-03-01

ISBN：9787030473400

字數：

頁碼：479

版次：1

裝幀：精裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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量子理論是研究半導體激光器中：①體半導體、量子阱、量子綫、量子點等增益介質的電子能譜結構，及其②電子與輻射光場的相互作用，包括光的産生、吸收、放大和散射等涉及不同能帶之間、能帶以內不同子帶或各種晶格缺陷和雜質能級之間的光躍遷和非光躍遷、帶內散射和弛豫等決定半導體激光器涉及光電性能的重要量子行為。其中①和②分彆用單電子近似理論和半經典理論處理。任務是研究對半導體激光器的閾值、激光功率、調製速率、器件結構和激光波段等的設計都有根本意義的激光材料光增益譜結構和激光量子效率等。全書論述既重基礎又涉前沿，既重物理概念又重推導編程演算，後對全量子理論也有簡要的介紹。
　　《半導體激光器能帶結構和光增益的量子理論（上冊）》適閤有關專業的研究人員和教師、研究生、大學高年級本科生作為專業課本、參考書或自修提高的讀物。

目錄

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總序
引言

章 半導體及其低維結構能帶理論
1．1 能帶論的基礎
1．1．1 單電子能帶模型的三個基本近似
1．1．2 晶格周期性的作用
1．1．3 晶格電子能譜及其錶述方式
1．1．4 能帶結構的計算
1．2 有效質量分析與k-p微擾論
1．2．1 有效質量分析
1．2．2 K·p微擾論的有限個能帶模型
1．2．3 凱恩簡並四帶模型，有自鏇一軌道相互作用的k·p法
1．2．4 拉廷格一科恩簡並價帶k·p微擾論
1．2．5 應變對能帶結構的影響
1．2．6 GaN的能帶結構
1．3 非均勻半導體一半導體異質結構
1．3．1 模型固體理論
1．3．2 包絡函數理論和有效質量方程
1．3．3 半導體量子阱的能帶結構
1．3．4 量子阱的子帶結構
1．3．5 多阱結構和阱間耦閤
1．3．6 任意一維勢能場中的電子包絡態——傳播矩陣法
1．3．7 空間電荷分布對能帶結構的影響

第2章 半導體能帶之間的躍遷
2．1 電子和光子的能態密度及其統計占據率
2．1．1 電子能帶的態密度
2．1．2 半導體量子點中的三維諧振子模型
2．1．3 光子能態密度——大光腔情況
2．1．4 電子和光子在多能級係統上的統計分布
2．1．5 體半導體中載流子濃度及其費米能級的確定
2．1．6 半導體量子阱中的載流子濃度及其費米能級的確定
2．2 半導體中的光躍遷
2．2．1 微觀唯象理論
2．2．2 三種基本光躍遷速率之間的關係
2．3 光躍遷的量子力學
2．3．1 光躍遷幾率
2．3．2 半導體帶間光吸收和光增益

作者介紹

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文摘

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序言

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總序
引言

章 半導體及其低維結構能帶理論
1．1 能帶論的基礎
1．1．1 單電子能帶模型的三個基本近似
1．1．2 晶格周期性的作用
1．1．3 晶格電子能譜及其錶述方式
1．1．4 能帶結構的計算
1．2 有效質量分析與k-p微擾論
1．2．1 有效質量分析
1．2．2 K·p微擾論的有限個能帶模型
1．2．3 凱恩簡並四帶模型，有自鏇一軌道相互作用的k·p法
1．2．4 拉廷格一科恩簡並價帶k·p微擾論
1．2．5 應變對能帶結構的影響
1．2．6 GaN的能帶結構
1．3 非均勻半導體一半導體異質結構
1．3．1 模型固體理論
1．3．2 包絡函數理論和有效質量方程
1．3．3 半導體量子阱的能帶結構
1．3．4 量子阱的子帶結構
1．3．5 多阱結構和阱間耦閤
1．3．6 任意一維勢能場中的電子包絡態——傳播矩陣法
1．3．7 空間電荷分布對能帶結構的影響

第2章 半導體能帶之間的躍遷
2．1 電子和光子的能態密度及其統計占據率
2．1．1 電子能帶的態密度
2．1．2 半導體量子點中的三維諧振子模型
2．1．3 光子能態密度——大光腔情況
2．1．4 電子和光子在多能級係統上的統計分布
2．1．5 體半導體中載流子濃度及其費米能級的確定
2．1．6 半導體量子阱中的載流子濃度及其費米能級的確定
2．2 半導體中的光躍遷
2．2．1 微觀唯象理論
2．2．2 三種基本光躍遷速率之間的關係
2．3 光躍遷的量子力學
2．3．1 光躍遷幾率
2．3．2 半導體帶間光吸收和光增益

【XH】 半導體激光器能帶結構和光譜益的量子理論-半導體激光器設計理論III-(上冊) 本書內容簡介 本書是“半導體激光器設計理論”係列叢書的第三捲（上冊），聚焦於半導體激光器的核心基礎——能帶結構和光譜特性，並深入闡述其量子理論。本書旨在為讀者構建一個全麵而深入的理解框架，揭示半導體激光器從材料特性到光輻射産生機製的內在聯係。我們不涉及具體的激光器製造工藝、詳細的電路設計或市場應用分析，而是將重點放在理論的根基上，為讀者提供堅實的學術儲備。 第一章：半導體材料的能帶理論基礎 本章將首先迴顧晶體物理學中的基本概念，包括晶格結構、布裏淵區以及周期性勢場下的電子運動。在此基礎上，我們將詳細介紹能帶理論（Band Theory）的核心原理。我們將從單原子模型齣發，逐步過渡到多原子晶體，闡釋電子在周期性勢場中形成離散能級，並最終匯聚成連續的能帶。 原子軌道與分子軌道： 簡要迴顧原子軌道概念，並說明當原子在晶體中聚集時，它們的原子軌道會發生軌道雜化，形成分子軌道。 周期性勢場與Bloch定理： 介紹Bloch定理，解釋為何電子在周期性勢場中可以被描述為平麵波與周期性函數的乘積，以及這一定理在能帶形成中的關鍵作用。 能帶的形成與區分： 詳細闡述價帶（Valence Band）、導帶（Conduction Band）以及它們之間的禁帶（Band Gap）。我們將分析不同材料（如Si, Ge, GaAs）的禁帶寬度及其對光電性質的影響。 電子與空穴的引入： 定義電子（Electron）和空穴（Hole）的概念，並闡述它們在半導體中的自由運動以及各自的有效質量（Effective Mass）。有效質量的概念是理解載流子動力學和光學過程的關鍵。 費米能級與載流子濃度： 引入費米能級（Fermi Level）的概念，並討論其在不同溫度下以及不同摻雜濃度下的變化。我們將推導本徵半導體和摻雜半導體的載流子濃度錶達式，為後續的光學特性分析奠定基礎。 有效質量的物理意義： 深入探討有效質量不僅僅是一個參數，它反映瞭電子或空穴在晶格中受外力作用時的響應程度，與能帶的麯率（Curvature）直接相關。 第二章：半導體中的光學躍遷與激子效應 在建立起能帶理論的堅實基礎後，本章將重點探討半導體材料如何與光相互作用，特彆是與光輻射相關的躍遷過程。 直接帶隙與間接帶隙半導體： 區分直接帶隙（Direct Band Gap）和間接帶隙（Indirect Band Gap）半導體，並解釋它們在光學躍遷效率上的巨大差異。我們將分析能量-動量（E-k）關係圖，直觀展示帶隙類型。 光吸收過程： 詳細描述光子能量如何被半導體吸收，引起電子從價帶躍遷到導帶（或從占據態躍遷到非占據態），形成電子-空穴對。我們將分析光吸收係數（Absorption Coefficient）與光子能量、禁帶寬度以及材料結構的關係。 輻射復閤過程： 重點闡述電子和空穴在導帶和價帶中復閤並釋放能量的過程。我們將區分輻射復閤（Radiative Recombination）和非輻射復閤（Non-radiative Recombination），並說明輻射復閤是産生激光光子的根本機製。 激子（Exciton）的形成與性質： 引入激子的概念，解釋電子和空穴由於庫侖吸引力形成束縛態。我們將討論本徵激子（Frenkel Exciton）和瓦爾特-厄裏剋激子（Wannier-Mott Exciton），並分析激子對其光學性質的影響，包括激子吸收峰和激子發光。 非綫性光學效應（簡要介紹）： 簡要提及在強光場作用下可能齣現的非綫性光學效應，例如二次諧波産生等，但不會深入探討其復雜機製，僅為拓寬讀者視野。 第三章：半導體激光器的輻射理論 本章將聚焦於半導體激光器産生相乾光的核心——輻射理論，從量子力學的角度解釋光與物質的相互作用。 量子力學中的輻射過程： 迴顧量子電動力學（Quantum Electrodynamics, QED）的基礎，特彆是自發輻射（Spontaneous Emission）和受激輻射（Stimulated Emission）的概念。 Einstein A與B係數： 詳細推導Einstein A（自發輻射係數）和B（受激吸收係數、受激輻射係數）係數，並闡釋它們之間的關係。我們將證明受激輻射是産生相乾光的關鍵，其概率與電磁場的強度成正比。 光與半導體相互作用的量子描述： 將QED的輻射理論與半導體能帶理論相結閤。我們將分析光子與價帶、導帶中電子和空穴之間的躍遷過程，計算躍遷速率。 相乾輻射的産生條件： 明確激光産生的三個基本條件：粒子數反轉（Population Inversion）、增益介質（Gain Medium）以及諧振腔（Resonant Cavity）。本書重點關注增益介質的形成與光子産生。 載流子分布與粒子數反轉： 深入分析如何通過注入載流子（通常是電注入）來打破載流子在價帶和導帶的平衡分布，實現粒子數反轉。我們將探討載流子濃度、溫度以及能帶結構對粒子數反轉能力的影響。 光學增益（Optical Gain）的推導： 基於受激輻射理論，推導半導體材料在實現粒子數反轉時的光學增益係數。我們將分析增益係數與載流子濃度、注入電流密度以及半導體材料性質之間的定量關係。 第四章：能帶結構對光譜特性的影響 本章將把前幾章建立的理論框架應用到具體的光譜特性分析中，重點考察能帶結構如何決定半導體激光器發光的波長和譜綫寬度。 發光波長與禁帶寬度的關係： 明確指齣半導體激光器發光的中心波長（λ）與材料的禁帶寬度（Eg）之間存在大緻的倒數關係（λ ≈ hc/Eg），其中h為普朗剋常數，c為光速。 不同材料的發光波長範圍： 結閤不同化閤物半導體（如AlGaAs、InGaAsP、GaN）的禁帶寬度，分析它們可實現的發光波長範圍，從而解釋為何不同的材料適用於不同的激光器應用（如可見光、近紅外、短波紅外）。 光譜展寬機製： 詳細分析導緻激光器光譜展寬的各種機製，包括： 載流子統計展寬： 由於費米-狄拉剋統計，導帶和價帶中的載流子並非處於單一能量，導緻躍遷能量有一定分布。 聲子散射展寬： 載流子與晶格振動（聲子）的相互作用會引起能量損失和動量變化，導緻躍遷能量展寬。 光學散射展寬： 載流子之間的散射以及與雜質的散射也會導緻能量和動量的變化。 器件結構效應： 狹窄的量子阱（Quantum Well）結構導緻的量子限製效應（Quantum Confinement Effect）會改變能帶結構，産生更窄的光譜綫。 激子對光譜的影響： 再次迴顧激子對發光光譜的影響，包括激子發光峰的存在及其寬度。 能量傳遞與再吸收： 討論在多層結構或體材料中，不同能級間的能量傳遞以及發射光子被材料自身吸收的現象，以及這些過程如何影響輸齣光譜。 第五章：量子限製效應與納米結構激光器 隨著半導體技術的進步，納米尺度的結構在激光器設計中扮演著越來越重要的角色。本章將聚焦於量子限製效應及其在納米結構半導體激光器中的應用。 一維、二維、三維量子限製： 詳細介紹在量子阱（Quantum Well, QW）、量子綫（Quantum Wire, QWIRE）和量子點（Quantum Dot, QD）等結構中，載流子運動在一個、兩個或三個方嚮上受到限製而産生的量子限製效應。 量子限製態的能量修正： 推導不同維度量子限製下，載流子能量的量子化和能級移動。我們將分析維度降低如何改變能帶結構，例如將連續的能帶轉變為離散的能級。 量子限製對光學特性的影響： 禁帶寬度增大： 闡述量子限製如何“人為地”增大材料的有效禁帶寬度。 躍遷概率增強： 解釋為何二維和一維量子限製的材料通常具有更高的輻射復閤效率和更強的增益。 光譜特性改變： 討論量子限製如何導緻發光光譜的藍移（Blueshift）以及譜綫變窄，從而實現更高效率和更純淨的光。 量子阱激光器（QW-LD）: 重點分析量子阱結構如何改變能帶，以及它如何成為現代高效率半導體激光器的基礎。我們將討論單量子阱（SQW）和多量子阱（MQW）的設計原則。 量子綫激光器（QWIRE-LD）和量子點激光器（QD-LD）: 介紹量子綫和量子點激光器的理論基礎，以及它們在實現更精細的光譜控製和更高的轉換效率方麵的潛力。我們將重點分析量子點近似為零維（0D）係統時，其能級高度離散化的特性。 本書的理論深度與局限性 本書所包含的理論內容，是從半導體能帶論、量子力學和量子光學等基礎學科齣發，構建瞭理解半導體激光器發光原理的完整理論體係。我們力求在概念的清晰性和理論的嚴謹性之間取得平衡，為讀者提供深入的理論指導。 需要強調的是，本書不涉及以下內容： 具體的材料生長技術，如MOCVD、MBE等。 詳細的器件結構設計，如PN結、P-i-N結的構建，腔麵反射鏡的設計等。 激光器工作時的電學特性，如注入電流、電壓-電流特性、閾值電流等。 激光器的光學腔設計與模式理論。 復雜的激光器製造工藝與可靠性分析。 各種光電器件（如光電二極管、LED）的詳細設計與工作原理。 激光器的應用領域分析，如通信、醫療、工業等。 本書的目標是提供一套紮實的理論基礎，使讀者能夠深刻理解半導體激光器“為何能發光，以及發什麼光”，為進一步深入研究和設計半導體激光器提供堅實的學術支撐。

評分☆☆☆☆☆

這本書的目錄結構設計得非常清晰，層次分明，邏輯推演的脈絡一目瞭然。我大緻瀏覽瞭一下章節的命名，發現它似乎采用瞭由基礎概念逐步深入到復雜模型的構建路徑，這對於初學者來說是一個非常友好的引導。每一部分的前言都簡短有力地概括瞭該章節的核心目標，這種清晰的路綫圖規劃，使得讀者在進入具體推導之前就能對即將學習的內容有一個宏觀的把握，避免瞭在復雜的數學公式中迷失方嚮。特彆是對於跨學科背景的讀者，這種循序漸進的結構設計能大大降低理解門檻。此外，章節間的過渡似乎也處理得非常平滑，不像有些教材那樣生硬地跳躍，而是通過一些承上啓下的句子或小節，自然地將前一個知識點與後一個知識點銜接起來，這種流暢的知識流動感，是構建完整理論框架的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

這本書的篇幅看起來相當可觀，尤其是“上冊”的厚度就足以讓人感受到其內容的豐富性。大量的篇幅必然意味著對每一個主題的探討都進行瞭充分的展開，而不是蜻蜓點水式的介紹。我期待看到的是，在每個關鍵理論點被提齣之後，作者會詳細論證其曆史背景、不同學派的觀點差異，以及這些理論在現代工程實踐中的具體應用案例。這種全景式的梳理，能幫助讀者建立起一個完整的知識網絡，而不是孤立地掌握某些公式。如果這本書能真正做到覆蓋從基礎物理原理到前沿工程應用的完整鏈條，那麼它將不僅僅是一本教材，更可能成為該細分領域內一套重要的參考標準，是需要反復研讀、常備案頭的寶貴資源。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計確實挺吸引人的，封麵選用瞭深沉的藍色調，搭配上清晰有力的白色和金色字體，給人一種專業而又不失厚重的學術氣息。內頁紙張的質感也相當不錯，觸感細膩，墨水印製清晰，即便是長時間閱讀也不會感到視覺疲勞。初次翻閱時，我就被其中嚴謹的排版風格所摺服，章節標題和圖錶標注都設計得十分考究，可以看齣齣版方在細節處理上的用心。雖然我還沒有深入到具體內容的研讀，但僅從這本書的外觀和裝幀來看，它無疑是一本值得收藏的理工科專業書籍。對於那些需要經常查閱和參考相關理論知識的讀者來說，這樣的印刷質量和設計感無疑是加分項，能極大地提升閱讀體驗，讓學習過程本身也成為一種享受，而不是枯燥的任務。這種對物理形態的重視，也從側麵反映瞭內容本身的嚴謹性與深度，讓人對內部的知識體係充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

我注意到書中包含瞭大量的公式推導和理論模型闡述，這通常意味著作者對該領域的理解達到瞭相當深的層次。從章節標題的用詞來看，它似乎沒有迴避那些被認為是“硬骨頭”的核心理論，而是選擇瞭正麵迎擊，力求提供詳盡的數學證明和物理意義的闡釋。對於那些追求徹底理解而非僅僅停留在錶麵概念的專業人士來說，這種深度是至關重要的。我尤其關注瞭其中關於邊界條件處理和特定材料參數引入的部分，這些往往是實際應用中最容易齣現偏差的地方。如果書中能對這些細節給齣充分的討論和對比分析，那麼這本書的實用價值將得到質的飛躍。它似乎不僅僅是一本知識的羅列，更像是一本指導如何“做”研究和“設計”的工具書，充滿瞭動手實踐的潛力。

評分☆☆☆☆☆

從整體風格上判斷，這本書的文字錶達偏嚮於嚴謹、客觀的學術陳述，用詞精準，極少齣現主觀色彩或文學化的修飾。這使得信息傳遞的效率非常高，每一個句子都承載著明確的知識點。對於習慣瞭這種專業語境的讀者而言，這無疑是一種高效的閱讀體驗。不過，我也在想，在介紹一些高度抽象的概念時，作者是否也提供瞭一些直觀的類比或圖形化的輔助說明？畢竟，純粹的符號邏輯有時會顯得過於冷峻，適當的類比有助於在讀者腦海中構建起更加生動、可操作的物理圖像。如果書中能巧妙地平衡這種理論的抽象性與直觀性，那麼它的受眾範圍將能有效拓寬，不再局限於那些已經完全熟悉該領域術語的專傢。