半导体激光器速率方程理论(下册) 郭长志 科学出版社 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：9787030479020

商品编码：29741761881

包装：圆脊精装

出版时间：2016-06-01

基本信息

书名：半导体激光器速率方程理论(下册)

定价：138.00元

作者：郭长志

出版社：科学出版社

出版日期：2016-06-01

ISBN：9787030479020

字数：

页码：

版次：1

装帧：圆脊精装

开本：B5

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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导语_点评_推荐词

内容提要

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本书分三章，章详细讨论半导体异质结构的注入(激发)及其电流机制、能带图表述、并着重探讨与新近垂直腔面发射激光器的发展密切相关的多层同型异质结理论。同时也为速率方程理论的建立提供坚实的物理和理论背景，并打好编程计算的基础。第二章建立为光子与电子相互作用作微观唯象表述的速率方程组、详细探讨光限制因子的全量子理论、并讨论电子和光子相互作用动平衡静态解，如阈值及其无阈值微腔效应、光功率-电流特性、端面返射、激光模式及其出射光束结构、模式竞争和转换等静态现象。第三章则将深入探讨半导体激光器包括延迟、激光过冲、和张弛振荡三个基本过程的瞬态行为、小信号的电流、光流、和微波加热三种调制方式及其调制带宽的理论、控制、和设计。大信号简谐调制及其调制带宽、脉码调制及其眼图的行为、不稳定和双稳态现象、振幅和相位噪音、抖动等*过程及其与谱线宽度的关系等动力学行为及其控制、设计、和应用

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《半导体激光器速率方程理论（下册）》聚焦于半导体激光器动力学行为的深入解析，是理论研究和工程应用领域不可或缺的参考书。本书在前一卷的基础上，进一步拓展了速率方程理论的应用范围，并深入探讨了更复杂的激光器模型和非线性动力学现象。 第一章 速率方程理论的进阶应用 本章将对基础速率方程模型进行系统性的回顾和梳理，为后续更复杂问题的讨论奠定坚实基础。重点将放在如何处理多纵模、多横模以及具有复杂增益谱特性的半导体激光器。我们将详细介绍不同类型的速率方程，包括： 多模速率方程： 探讨当激光器发射出多个纵模或横模时，如何修改速率方程以准确描述它们之间的相互作用和竞争。这涉及到模式耦合、模式锁定、模式选择等关键现象的数学建模。读者将学习如何建立和求解描述多模激光器输出特性的速率方程组。 非线性增益和载流子动力学： 深入分析激光器内部的非线性效应，如自限制效应、激子效应、注入锁定效应等，这些效应如何影响增益谱和载流子分布。我们将讨论更精确的增益压缩项和载流子动力学方程，以及它们在速率方程中的体现。 分布式反馈（DFB）和分布式布拉格反射（DBR）激光器： 针对这些具有复杂腔体结构的激光器，我们将推导适用于其特性的速率方程。重点将放在如何将光栅耦合效应和相干效应纳入速率方程模型，从而预测其模式选择性、边模抑制比等关键参数。 量子点（QD）激光器动力学： 随着量子点激光器技术的成熟，本章将专门介绍其独特的速率方程模型。量子点激光器具有离散能级结构，其增益和载流子动力学与传统量子阱激光器有显著差异。我们将讨论零维（0D）量子点的速率方程，以及如何描述量子点之间的耦合和激子动力学。 第二章 激光器噪声与稳定性分析 激光器的噪声是影响其性能的关键因素之一，而稳定性则是保障激光器可靠工作的前提。本章将从速率方程理论出发，系统地分析半导体激光器的各种噪声来源，并探讨其稳定性判据。 光子统计学和相干性： 讨论激光器的光子统计特性，包括珀松分布、超泊松分布和亚泊松分布，并将其与速率方程中的噪声项联系起来。我们将分析光子探测过程中的统计涨落如何转化为激光输出的强度噪声。 强度噪声（RIN）： 详细分析相对强度噪声（Relative Intensity Noise, RIN）的产生机制，包括与载流子涨落、光子涨落以及模式竞争相关的噪声源。我们将推导RIN的理论表达式，并讨论如何通过优化激光器结构和工作条件来降低RIN。 相位噪声和频率噪声： 探讨激光器的相位噪声和频率噪声。我们将分析材料参数的涨落（如折射率、增益）如何导致相位和频率的随机变化，以及这些噪声如何影响相干长度和光谱纯度。 噪声谱密度分析： 介绍如何利用谱密度分析技术对激光器的噪声进行量化和表征。我们将推导各种噪声的谱密度表达式，并讨论如何通过测量来验证理论模型。 稳定性判据： 基于速率方程的线性化分析，推导不同工作状态下激光器的稳定性判据。我们将分析阈值附近、高功率工作状态以及外部激励下的稳定性问题，并讨论失稳可能导致的现象，如模式跳变、振荡等。 噪声抑制技术： 介绍各种降低激光器噪声的实验技术和设计策略，包括选择性增益介质、优化腔体设计、外部腔反馈、注入锁定等。 第三章 非线性动力学与混沌现象 半导体激光器在某些工作条件下会表现出复杂的非线性动力学行为，甚至出现混沌现象。本章将深入探讨这些现象的理论基础和产生机制。 非线性耦合动力学： 分析两个或多个相互耦合的激光器系统，如耦合腔激光器、注入锁定激光器、光纤环形激光器等。我们将建立描述耦合动力学的速率方程，并分析耦合强度、相位差等参数对系统行为的影响，包括同步、锁定、周期振荡等。 分岔与吸引子： 介绍分岔理论在激光器动力学分析中的应用。我们将展示激光器参数（如偏置电流、注入强度）变化如何导致系统行为的突然改变，并分析不同类型的分岔，如鞍结分岔、Hopf分岔、倍周期分岔等。我们将讨论吸引子（稳定点、极限环、奇怪吸引子）的概念及其在描述激光器稳态和动态行为中的作用。 混沌激光器的产生机制： 详细分析导致半导体激光器产生混沌的物理机制，包括外部光反馈、注入锁定、模式耦合、非线性增益效应等。我们将重点介绍几种典型的混沌激光器模型，如具有延迟反馈的激光器、耦合激光器网络等。 混沌信号的特征分析： 介绍用于分析混沌信号的工具和方法，包括相空间重构、李雅普诺夫指数、分形维度、功率谱分析等。我们将解释如何利用这些工具来识别和量化混沌行为。 混沌的应用： 探讨混沌半导体激光器在通信、传感、密码学等领域的潜在应用。例如，利用混沌激光器的不可预测性进行安全通信，利用其对外部信号的敏感性进行高精度传感。 复杂动力学行为的控制与应用： 讨论如何通过参数调控、反馈控制等手段来控制和利用激光器的混沌行为，以实现特定功能，如快速伪随机信号生成、同步通信等。 第四章 外部激励与特殊效应 本章将聚焦于外部激励对半导体激光器动力学的影响，以及一些特殊的物理效应在速率方程模型中的体现。 注入锁定： 详细分析主振荡器-功率放大器（MOPA）结构或外部信号注入时，半导体激光器的注入锁定现象。我们将推导描述注入锁定行为的速率方程，分析锁定范围、锁定相位、锁定频率等关键参数，以及注入信号强度、频率偏差等对锁定的影响。 光反馈与自脉冲： 讨论外部光反馈如何导致激光器工作不稳定，产生自脉冲、混沌等现象。我们将分析不同类型的反馈（如短延迟、长延迟反馈）对激光器动力学的影响，并介绍如何通过优化反馈参数来控制输出。 调制技术： 深入研究半导体激光器的直接调制和外部调制技术。我们将分析不同调制方案（如幅度调制、频率调制、相位调制）在速率方程中的体现，以及它们对激光器输出信号特性的影响。 拉曼散射与布里渊散射效应： 在高功率激光器中，拉曼散射和布里渊散射效应可能引起增益损耗和光谱变化。本章将探讨如何将这些非线性散射效应纳入速率方程模型，以更准确地描述激光器的增益特性和输出光谱。 饱和吸收效应： 分析某些材料中存在的饱和吸收现象，它会影响激光器的增益谱和阈值。我们将探讨饱和吸收如何体现在速率方程中，以及其对激光器工作模式的影响。 温度效应： 讨论工作温度对半导体激光器参数（如增益、阈值、波长）的影响，以及这些影响如何通过速率方程进行建模。 第五章 速率方程模型的数值模拟与计算方法 本章将介绍用于求解和分析半导体激光器速率方程的数值模拟方法和计算技术，帮助读者将理论模型转化为实际可操作的计算工具。 数值求解方法： 详细介绍各种求解常微分方程（ODE）组的数值方法，如欧拉法、龙格-库塔法（Runge-Kutta methods）、预测-校正法等。我们将分析不同方法的精度、稳定性和计算效率，并提供选择适宜方法的指导。 稳态解的求法： 探讨如何通过迭代方法或数值搜索算法来求解速率方程的稳态解，以确定激光器在稳定工作点下的各项参数。 时域模拟： 介绍如何利用数值方法对速率方程进行时域积分，以模拟激光器在不同激励下的动态响应，包括瞬态响应、调制响应、噪声行为等。 频域分析： 讨论如何将速率方程模型转换为频域方程，或者通过傅里叶变换分析时域模拟结果，以获得激光器的频率响应、噪声谱密度等信息。 软件工具介绍： 简要介绍常用的科学计算软件（如MATLAB, Python with SciPy/NumPy, COMSOL Multiphysics等）在速率方程模拟中的应用，并提供一些基础的编程示例。 模型验证与参数提取： 强调数值模拟结果与实验数据的对比验证的重要性，并介绍如何通过反演拟合等方法从实验数据中提取速率方程的有效参数。 本书的编写旨在为从事半导体激光器设计、制造、测试和应用研究的科研人员、工程师以及相关专业的学生提供一个全面、深入的理论框架。通过对速率方程理论的深入理解和掌握，读者能够更准确地预测和控制半导体激光器的性能，解决实际工程问题，并推动半导体激光器技术的进一步发展。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我以前接触过几本关于半导体动力学的书籍，但很多都过于侧重于高能物理的背景，导致对光学工程的实际应用偏离太大。这本《半导体激光器速率方程理论（下册）》则完全走了一条更接地气的路线。它仿佛在直接与一位资深的光电器件专家对话，用最精确的语言描述工程中遇到的实际难题。尤其是在探讨模式竞争和频率锁定等高级话题时，作者没有故作高深，而是将这些复杂的非线性现象分解成一系列可追踪的子系统，然后系统地分析耦合作用。这种化繁为简的能力，体现了作者深厚的学术积累和对教学艺术的深刻理解。书中的每一个章节都像是在精心打磨的宝石，细节清晰可见，但整体的光泽感极强。我尤其喜欢它对理论模型适用范围的审慎讨论，作者很诚实地指出了在哪些极限情况下，某些近似模型会失效，这对于避免在实际工作中犯下“模型滥用”的错误至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读过程，更像是一次深入的学术探险，充满了发现的乐趣。它不像那些只停留在表面现象描述的科普读物，而是直击速率方程背后的数学本质和物理根源。我被作者对稳定性分析的深度所折服，那种对相平面分析和李雅普诺夫指数的细致探讨，远远超出了我预期的“下册”内容广度。它真的有把读者往研究前沿推的意思。更值得称道的是，作者在阐述完核心理论后，还附带了许多对未来发展趋势的展望，虽然不涉及具体的新兴技术细节，但为读者指明了理论可以继续深挖的方向，这对于研究生和青年研究人员来说，无疑是极具启发性的。阅读中最大的感受是“充实”，合上书本时，会有一种“茅塞顿开”的满足感，仿佛自己对激光器的动态控制有了一种全新的、更深刻的掌控力。

评分☆☆☆☆☆

如果要用一个词来形容这本书的文风，我会选择“精准而富有洞察力”。它没有华丽的辞藻来吸引眼球，但每一个术语的使用都恰到好处，每一个推导的每一步都逻辑严密，不留一丝歧义。在我看来，这本书最大的优点之一是它对“时间尺度”的敏感性把握。半导体激光器系统充满了不同速率的耦合，这本书巧妙地利用时间尺度的分离来简化和分析问题，这种处理方法极其优雅。我体验到了一种不同于其他教材的阅读体验，它不是在“教”你知识点，而是在“训练”你像一个物理学家那样去“思考”一个动力学系统。对于那些期望超越基础概念、真正掌握激光器动力学建模精髓的读者来说，这本书提供了无与伦比的深度和广度，它提供的理论框架，足以支撑未来多年对相关领域问题的深入研究和分析。

评分☆☆☆☆☆

这部作品的结构编排堪称教科书设计的典范，它不是简单地堆砌公式，而是构建了一个层层递进的知识体系。我对其中关于噪声源建模和响应函数分析的部分印象尤为深刻，作者在这块的处理极其到位，没有回避半导体激光器固有的随机性——那正是它区别于其他光源的关键特性。他详细梳理了不同噪声模型（如白噪声、Lorentzian谱）对激光输出强度的影响机制，这对于需要设计高相干性或低噪声光源的工程师来说，简直是如获至宝的指导手册。阅读体验非常流畅，章节之间的过渡自然得像是连续的叙事，每一个新的概念都建立在前一个概念的坚实基础上。而且，作者在例题和插图中展现的严谨性令人赞叹，那些图表不仅仅是装饰，而是帮助我们直观把握动态过程的精确工具。我发现自己不再是被动地接受信息，而是主动地在脑海中模拟那些复杂的反馈回路和速率变化，这表明作者成功地激发了读者的主动思考能力，而不是仅仅停留在公式的记忆层面。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是理论物理爱好者和初级工程师的福音，尤其是它在深入浅出地阐述复杂概念方面所展现出的功力。拿到手就能感受到那种沉甸甸的学术分量，但翻开扉页，你会发现作者并没有将你直接推入晦涩的数学海洋。相反，他似乎预设了读者的困惑，用非常直观的类比和清晰的逻辑脉络，一步步搭建起对半导体激光器动力学特性的理解框架。我特别欣赏它对“慢扩散”和“快扩散”等关键物理图像的细致描绘，这在很多教科书中往往是一笔带过，但恰恰是理解稳定性和振荡行为的基石。阅读过程中，我多次停下来，不是因为看不懂，而是因为被作者的洞察力所折服，那些原本感觉像是“黑箱操作”的数学推导，在他笔下变得有血有肉，充满了物理意义。它不像某些晦涩的文献那样让人望而却步，更像是一位经验丰富的导师，耐心地引导你走过每一个逻辑的拐角，确保你不仅“算出”了结果，更“理解了”为什么是这个结果。这本书的价值在于，它真正做到了将深奥的理论与工程实践中的具体问题紧密结合起来，让读者能将书本上的知识立刻投射到实际的器件设计和分析中去。