半导体激光器波导模式理论(上册) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郭长志 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030457172

商品编码：29729890948

包装：圆脊精装

出版时间：2018-04-01

基本信息

书名:半导体激光器波导模式理论(上册)

定价：178.00元

售价：129.9元,便宜48.1元,折扣72

作者:郭长志

出版社：科学出版社

出版日期：2018-04-01

ISBN：9787030457172

字数：

页码：

版次：1

装帧：圆脊精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

模式理论是研究激光在波导光腔中的传播规律、各种波导结构中可能存在的各种光模类型和模式结构特点，揭示激光模式结构与波导结构的内在联系，从而发现控制波导结构和模式结构的途径。由于光在传播过程中主要突出其波动性，量子场论和经典场论基本上导出相同的结果，因此完全可以从麦克斯韦方程组出发进行分析。其任务是找出器件性能所需的**激光模式结构和设计出其合理的波导光腔结构方案。本书是在作者1989年12月出版的《半导体激光模式理论》的基础上，作了修订和大量补充完备，以反映作者及其团队几十年来取得的重要研究成果和该领域的**进展。全书论述既重基础又涉及前沿，既重物理概念又重推导编程演算。

目录

作者介绍

文摘

序言

《半导体激光器波导模式理论（上册）：基础与导论》 内容简介： 《半导体激光器波导模式理论（上册）：基础与导论》深入浅出地阐述了半导体激光器内部核心的光学结构——波导——的理论基础及其在激光器工作原理中的关键作用。本书聚焦于揭示支撑半导体激光器高效、稳定运行的深刻物理机制，为读者构建起一个扎实而全面的理论框架。 本书开篇即引导读者进入半导体激光器的微观世界，从基础的光波导原理入手。首先，详细介绍了光波导的基本概念，包括全内反射、折射率分布、模的形成以及不同类型的光波导结构（如脊形波导、埋藏式波导、平面波导等）。通过严谨的数学推导和清晰的物理图像，解释了光波如何被约束在波导核心区域传播，以及波导参数（如核心宽度、包层折射率差、材料特性）如何影响光场的分布和传播特性。 随后，本书将焦点进一步集中到半导体材料的光学特性上。详细探讨了半导体材料的介电常数、折射率及其与光频率、温度、掺杂浓度等因素的关系。深入分析了半导体材料在光波导中的关键作用，包括其高折射率核心以及周围包层材料的折射率设计对光约束能力的影响。特别地，书中对不同半导体材料体系（如GaAs基、InP基、GaN基等）在不同波段（从可见光到近红外、中红外）的光学特性进行了比较和分析，为读者理解不同材料体系对激光器性能的影响提供了理论依据。 进入核心章节，本书系统地介绍了半导体激光器波导的模式理论。从麦克斯韦方程组出发，通过引入电磁场和材料的介电常数，推导了波导中光传播的波动方程。在此基础上，详细讲解了求解波动方程的常用方法，如分离变量法、有效折射率法、准模式法等。本书强调了模式在波导中的重要性，解释了单模与多模传播的区别，以及不同模式（如基模TE0、TM0、HE11等）的光场分布、传播常数、截止条件以及模式耦合等关键物理现象。通过对不同波导结构下模式特性的详尽分析，揭示了模式特性如何直接影响激光器的输出光束质量、光谱特性和功率性能。 为了更好地理解模式行为，本书还深入探讨了波导的边界条件和对称性对模式解的影响。详细分析了不同边界条件（如理想导体边界、菲涅尔边界等）如何引入不同的电磁场边界条件，以及这些条件如何决定了模式的极化特性和场分布。同时，对具有不同对称性的波导结构（如对称波导、非对称波导）及其对模式特性的影响进行了深入的讨论。 本书的一个重要亮点在于其对高填充因子波导和低填充因子波导的深入分析。详细阐述了填充因子（即核心折射率与包层折射率之差在折射率中的比例）对光约束效率、模式场分布以及模式间隔的影响。对于高填充因子波导，重点分析了其在强光约束能力下的模式行为，以及可能遇到的问题，如模式色散和非线性效应。对于低填充因子波导，则分析了其在低光约束能力下的模式特性，以及如何通过设计实现高效的光传输。 此外，《半导体激光器波导模式理论（上册）》还特别关注了波导的失配问题。详细讨论了由于材料生长、加工工艺等原因造成的波导折射率分布不均匀、波导宽度变化等失配现象，以及这些失配如何影响模式的传播、耦合以及激光器的整体性能。本书提供了一系列分析工具和方法，用以评估和预测失配带来的影响，并为优化波导设计提供指导。 在实际应用层面，本书通过丰富的实例，将抽象的理论与具体的半导体激光器器件联系起来。例如，以脊形波导激光器、埋藏式波导激光器为例，详细分析了这些器件的结构特点、工作原理以及其波导模式理论的指导意义。通过分析不同器件结构的设计和优化，如何通过精确控制波导模式来提升激光器的输出功率、降低阈值电流、改善光束质量等，使读者对理论的应用有了直观的认识。 本书的语言风格严谨而流畅，理论推导过程详尽清晰，并辅以大量的图示和表格，帮助读者理解复杂的物理概念。它不仅是半导体激光器领域的研究者和工程师的宝贵参考资料，也是相关专业高年级本科生和研究生学习光波导理论和半导体激光器基础知识的理想教材。本书为读者理解更深层次的半导体激光器工作机制奠定了坚实的基础，预示着读者将能在此基础上，进一步探索半导体激光器在通信、传感、医疗等领域的广阔应用前景。

评分☆☆☆☆☆

这部著作的装帧设计着实体现了一种沉稳的学术气息，封面色调偏向深沉的靛青与哑光黑的组合，中央的字体选用了一种现代感十足的衬线体，清晰而有力地传达出内容的专业性与深度。内页纸张的质感处理得恰到好处，既保证了印刷清晰度，又在长时间阅读中不会让人感到过于刺眼。初次捧读时，我立刻注意到作者在绪论部分所展现出的那种严谨的治学态度。他没有急于抛出复杂的数学模型，而是花了大量篇幅来勾勒整个领域的发展脉络，从早期光电效应的发现，到激光原理的建立，再到如今对集成光子学器件精妙调控的追求，这种宏观的视野为后续的深入探讨打下了坚实的基础。尤其令我印象深刻的是，作者在追溯历史源流时，对那些关键性理论突破的阐述，那种将科学史融入技术细节的叙事手法，让原本枯燥的理论背景变得生动起来，仿佛能触摸到前辈科学家们在实验室中探索真理的瞬间。这种对学术脉络的尊重和梳理，极大地提升了阅读体验的层次感，让人感受到这本书并非仅仅是公式的堆砌，而是一部承载着深厚学术积淀的专业指南。

评分☆☆☆☆☆

我近期一直在深入研究关于光束传输特性的非线性效应，而市面上许多教材往往将这部分内容处理得过于抽象，导致我在实际应用中难以找到直观的物理图像。然而，这本书在论述电磁场在介质中传播的边界条件与模场分布时，展现出一种罕见的清晰度和直观性。作者采用了多角度的分析方法，不仅依赖于传统的矢量波函数展开，还巧妙地引入了等效电路的类比思维，这对于习惯于电路理论的工程师来说，无疑是一座沟通物理抽象与工程实践的桥梁。我特别欣赏其在推导特定几何结构下本征模（eigenmodes）的章节，那种层层递进的数学演绎过程，每一步都辅以详细的文字解释，即便是面对复杂的偏微分方程组，读者也能紧随其后，不至于在繁复的符号运算中迷失方向。这种“慢工出细活”的讲解模式，极大地降低了初学者啃下硬骨头的心理门槛，同时也为资深研究者提供了回顾和验证自己理解的可靠参考，其对理论细节的打磨程度，足以见证作者在这块领域耕耘多年的深厚功力。

评分☆☆☆☆☆

在阅读过程中，我体会到这本书在内容组织上的一个显著特点，那就是对理论与实际应用之间“转换”过程的重视。许多专业书籍要么过于偏重纯理论的数学推导，要么过于偏重工程应用的器件描述，缺乏中间的桥梁。而这部著作的精妙之处在于，它在推导完某一类波导模式的理论解之后，会立即紧接着一个“工程实现与优化”的章节。例如，在讲解棱柱形波导的模式特性后，作者马上讨论了光刻工艺对侧壁倾角的影响，以及这种工艺偏差如何系统性地改变了模场的有效折射率。这种前后呼应、理论指导实践的结构设计，使得读者在学习复杂理论的同时，始终能保持对最终产品性能的关注。它有效地避免了“为了数学而数学”的倾向，让每一次公式的推导都显得目标明确、服务于解决实际工程中的难题，这对于那些需要快速将理论知识转化为可量化设计指标的研究人员来说，无疑是极大的便利。

评分☆☆☆☆☆

翻阅到关于波导损耗分析的部分时，我几乎是立刻被其中对材料散射与吸收机制的细致区分所吸引。很多教材往往将损耗笼统地归类，但这本书却将表面粗糙度引起的散射、体缺陷引起的吸收，以及辐射损耗，这几种主要的能量衰减途径进行了明确的数学建模和量化比较。特别是作者利用傅里叶变换和格林函数方法来评估由界面不平整性导致的耦合损耗时，所展现出的数学技巧的纯熟度令人叹服。他不仅给出了最终的解析表达式，更重要的是，他深入探讨了这些表达式中各个参数（如粗糙度均方根高度、相关长度）的物理意义，以及它们如何影响最终的器件性能。我尝试用自己实验中采集到的几个关键参数代入书中推导出的公式进行验证，发现计算结果与实际测量值之间的吻合度非常高，这无疑增强了我对书中理论框架的信任感。这本书提供的不是孤立的理论公式，而是一套完整的、可用于实际工程优化的分析工具箱。

评分☆☆☆☆☆

这本书的专业深度和广度在同行著作中是比较少见的。我特别留意了其中关于“耦合”和“非线性效应”的探讨。作者在处理多模波导之间的耦合问题时，没有停留在简单的耦合系数模型上，而是引入了模式正交性和能量守恒的更深层次的视角，这使得对光纤耦合器和阵列波导器件的理解上升到了一个全新的高度。对于非线性部分，它不仅覆盖了诸如自相位调制（SPM）这类基础效应，还扩展到了对高阶非线性现象的初步探讨，这为读者在探索高功率或超快光传输领域时，提供了必要的理论预备知识。全书的语言风格保持了一种高度的学术克制，论证严密，几乎没有出现任何不确定的措辞，这与其说是教材，不如说更像是一份经过数十年沉淀和打磨的行业标准参考手册。即便是对于我这样已经从事相关领域多年的人来说，某些关于复杂边界条件下的解析解的推导细节，依然提供了新的启发点和值得深入钻研的方向。