半導體激光器速率方程理論(下冊) 郭長誌 科學齣版社 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
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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030479020

商品編碼：29741761881

包裝：圓脊精裝

齣版時間：2016-06-01

基本信息

書名：半導體激光器速率方程理論(下冊)

定價：138.00元

作者：郭長誌

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2016-06-01

ISBN：9787030479020

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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導語_點評_推薦詞

內容提要

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本書分三章，章詳細討論半導體異質結構的注入(激發)及其電流機製、能帶圖錶述、並著重探討與新近垂直腔麵發射激光器的發展密切相關的多層同型異質結理論。同時也為速率方程理論的建立提供堅實的物理和理論背景，並打好編程計算的基礎。第二章建立為光子與電子相互作用作微觀唯象錶述的速率方程組、詳細探討光限製因子的全量子理論、並討論電子和光子相互作用動平衡靜態解，如閾值及其無閾值微腔效應、光功率-電流特性、端麵返射、激光模式及其齣射光束結構、模式競爭和轉換等靜態現象。第三章則將深入探討半導體激光器包括延遲、激光過衝、和張弛振蕩三個基本過程的瞬態行為、小信號的電流、光流、和微波加熱三種調製方式及其調製帶寬的理論、控製、和設計。大信號簡諧調製及其調製帶寬、脈碼調製及其眼圖的行為、不穩定和雙穩態現象、振幅和相位噪音、抖動等*過程及其與譜綫寬度的關係等動力學行為及其控製、設計、和應用

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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《半導體激光器速率方程理論（下冊）》聚焦於半導體激光器動力學行為的深入解析，是理論研究和工程應用領域不可或缺的參考書。本書在前一捲的基礎上，進一步拓展瞭速率方程理論的應用範圍，並深入探討瞭更復雜的激光器模型和非綫性動力學現象。 第一章 速率方程理論的進階應用 本章將對基礎速率方程模型進行係統性的迴顧和梳理，為後續更復雜問題的討論奠定堅實基礎。重點將放在如何處理多縱模、多橫模以及具有復雜增益譜特性的半導體激光器。我們將詳細介紹不同類型的速率方程，包括： 多模速率方程： 探討當激光器發射齣多個縱模或橫模時，如何修改速率方程以準確描述它們之間的相互作用和競爭。這涉及到模式耦閤、模式鎖定、模式選擇等關鍵現象的數學建模。讀者將學習如何建立和求解描述多模激光器輸齣特性的速率方程組。 非綫性增益和載流子動力學： 深入分析激光器內部的非綫性效應，如自限製效應、激子效應、注入鎖定效應等，這些效應如何影響增益譜和載流子分布。我們將討論更精確的增益壓縮項和載流子動力學方程，以及它們在速率方程中的體現。 分布式反饋（DFB）和分布式布拉格反射（DBR）激光器： 針對這些具有復雜腔體結構的激光器，我們將推導適用於其特性的速率方程。重點將放在如何將光柵耦閤效應和相乾效應納入速率方程模型，從而預測其模式選擇性、邊模抑製比等關鍵參數。 量子點（QD）激光器動力學： 隨著量子點激光器技術的成熟，本章將專門介紹其獨特的速率方程模型。量子點激光器具有離散能級結構，其增益和載流子動力學與傳統量子阱激光器有顯著差異。我們將討論零維（0D）量子點的速率方程，以及如何描述量子點之間的耦閤和激子動力學。 第二章 激光器噪聲與穩定性分析 激光器的噪聲是影響其性能的關鍵因素之一，而穩定性則是保障激光器可靠工作的前提。本章將從速率方程理論齣發，係統地分析半導體激光器的各種噪聲來源，並探討其穩定性判據。 光子統計學和相乾性： 討論激光器的光子統計特性，包括珀鬆分布、超泊鬆分布和亞泊鬆分布，並將其與速率方程中的噪聲項聯係起來。我們將分析光子探測過程中的統計漲落如何轉化為激光輸齣的強度噪聲。 強度噪聲（RIN）： 詳細分析相對強度噪聲（Relative Intensity Noise, RIN）的産生機製，包括與載流子漲落、光子漲落以及模式競爭相關的噪聲源。我們將推導RIN的理論錶達式，並討論如何通過優化激光器結構和工作條件來降低RIN。 相位噪聲和頻率噪聲： 探討激光器的相位噪聲和頻率噪聲。我們將分析材料參數的漲落（如摺射率、增益）如何導緻相位和頻率的隨機變化，以及這些噪聲如何影響相乾長度和光譜純度。 噪聲譜密度分析： 介紹如何利用譜密度分析技術對激光器的噪聲進行量化和錶徵。我們將推導各種噪聲的譜密度錶達式，並討論如何通過測量來驗證理論模型。 穩定性判據： 基於速率方程的綫性化分析，推導不同工作狀態下激光器的穩定性判據。我們將分析閾值附近、高功率工作狀態以及外部激勵下的穩定性問題，並討論失穩可能導緻的現象，如模式跳變、振蕩等。 噪聲抑製技術： 介紹各種降低激光器噪聲的實驗技術和設計策略，包括選擇性增益介質、優化腔體設計、外部腔反饋、注入鎖定等。 第三章 非綫性動力學與混沌現象 半導體激光器在某些工作條件下會錶現齣復雜的非綫性動力學行為，甚至齣現混沌現象。本章將深入探討這些現象的理論基礎和産生機製。 非綫性耦閤動力學： 分析兩個或多個相互耦閤的激光器係統，如耦閤腔激光器、注入鎖定激光器、光縴環形激光器等。我們將建立描述耦閤動力學的速率方程，並分析耦閤強度、相位差等參數對係統行為的影響，包括同步、鎖定、周期振蕩等。 分岔與吸引子： 介紹分岔理論在激光器動力學分析中的應用。我們將展示激光器參數（如偏置電流、注入強度）變化如何導緻係統行為的突然改變，並分析不同類型的分岔，如鞍結分岔、Hopf分岔、倍周期分岔等。我們將討論吸引子（穩定點、極限環、奇怪吸引子）的概念及其在描述激光器穩態和動態行為中的作用。 混沌激光器的産生機製： 詳細分析導緻半導體激光器産生混沌的物理機製，包括外部光反饋、注入鎖定、模式耦閤、非綫性增益效應等。我們將重點介紹幾種典型的混沌激光器模型，如具有延遲反饋的激光器、耦閤激光器網絡等。 混沌信號的特徵分析： 介紹用於分析混沌信號的工具和方法，包括相空間重構、李雅普諾夫指數、分形維度、功率譜分析等。我們將解釋如何利用這些工具來識彆和量化混沌行為。 混沌的應用： 探討混沌半導體激光器在通信、傳感、密碼學等領域的潛在應用。例如，利用混沌激光器的不可預測性進行安全通信，利用其對外部信號的敏感性進行高精度傳感。 復雜動力學行為的控製與應用： 討論如何通過參數調控、反饋控製等手段來控製和利用激光器的混沌行為，以實現特定功能，如快速僞隨機信號生成、同步通信等。 第四章 外部激勵與特殊效應 本章將聚焦於外部激勵對半導體激光器動力學的影響，以及一些特殊的物理效應在速率方程模型中的體現。 注入鎖定： 詳細分析主振蕩器-功率放大器（MOPA）結構或外部信號注入時，半導體激光器的注入鎖定現象。我們將推導描述注入鎖定行為的速率方程，分析鎖定範圍、鎖定相位、鎖定頻率等關鍵參數，以及注入信號強度、頻率偏差等對鎖定的影響。 光反饋與自脈衝： 討論外部光反饋如何導緻激光器工作不穩定，産生自脈衝、混沌等現象。我們將分析不同類型的反饋（如短延遲、長延遲反饋）對激光器動力學的影響，並介紹如何通過優化反饋參數來控製輸齣。 調製技術： 深入研究半導體激光器的直接調製和外部調製技術。我們將分析不同調製方案（如幅度調製、頻率調製、相位調製）在速率方程中的體現，以及它們對激光器輸齣信號特性的影響。 拉曼散射與布裏淵散射效應： 在高功率激光器中，拉曼散射和布裏淵散射效應可能引起增益損耗和光譜變化。本章將探討如何將這些非綫性散射效應納入速率方程模型，以更準確地描述激光器的增益特性和輸齣光譜。 飽和吸收效應： 分析某些材料中存在的飽和吸收現象，它會影響激光器的增益譜和閾值。我們將探討飽和吸收如何體現在速率方程中，以及其對激光器工作模式的影響。 溫度效應： 討論工作溫度對半導體激光器參數（如增益、閾值、波長）的影響，以及這些影響如何通過速率方程進行建模。 第五章 速率方程模型的數值模擬與計算方法 本章將介紹用於求解和分析半導體激光器速率方程的數值模擬方法和計算技術，幫助讀者將理論模型轉化為實際可操作的計算工具。 數值求解方法： 詳細介紹各種求解常微分方程（ODE）組的數值方法，如歐拉法、龍格-庫塔法（Runge-Kutta methods）、預測-校正法等。我們將分析不同方法的精度、穩定性和計算效率，並提供選擇適宜方法的指導。 穩態解的求法： 探討如何通過迭代方法或數值搜索算法來求解速率方程的穩態解，以確定激光器在穩定工作點下的各項參數。 時域模擬： 介紹如何利用數值方法對速率方程進行時域積分，以模擬激光器在不同激勵下的動態響應，包括瞬態響應、調製響應、噪聲行為等。 頻域分析： 討論如何將速率方程模型轉換為頻域方程，或者通過傅裏葉變換分析時域模擬結果，以獲得激光器的頻率響應、噪聲譜密度等信息。 軟件工具介紹： 簡要介紹常用的科學計算軟件（如MATLAB, Python with SciPy/NumPy, COMSOL Multiphysics等）在速率方程模擬中的應用，並提供一些基礎的編程示例。 模型驗證與參數提取： 強調數值模擬結果與實驗數據的對比驗證的重要性，並介紹如何通過反演擬閤等方法從實驗數據中提取速率方程的有效參數。 本書的編寫旨在為從事半導體激光器設計、製造、測試和應用研究的科研人員、工程師以及相關專業的學生提供一個全麵、深入的理論框架。通過對速率方程理論的深入理解和掌握，讀者能夠更準確地預測和控製半導體激光器的性能，解決實際工程問題，並推動半導體激光器技術的進一步發展。

評分☆☆☆☆☆

老實說，我以前接觸過幾本關於半導體動力學的書籍，但很多都過於側重於高能物理的背景，導緻對光學工程的實際應用偏離太大。這本《半導體激光器速率方程理論（下冊）》則完全走瞭一條更接地氣的路綫。它仿佛在直接與一位資深的光電器件專傢對話，用最精確的語言描述工程中遇到的實際難題。尤其是在探討模式競爭和頻率鎖定等高級話題時，作者沒有故作高深，而是將這些復雜的非綫性現象分解成一係列可追蹤的子係統，然後係統地分析耦閤作用。這種化繁為簡的能力，體現瞭作者深厚的學術積纍和對教學藝術的深刻理解。書中的每一個章節都像是在精心打磨的寶石，細節清晰可見，但整體的光澤感極強。我尤其喜歡它對理論模型適用範圍的審慎討論，作者很誠實地指齣瞭在哪些極限情況下，某些近似模型會失效，這對於避免在實際工作中犯下“模型濫用”的錯誤至關重要。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是理論物理愛好者和初級工程師的福音，尤其是它在深入淺齣地闡述復雜概念方麵所展現齣的功力。拿到手就能感受到那種沉甸甸的學術分量，但翻開扉頁，你會發現作者並沒有將你直接推入晦澀的數學海洋。相反，他似乎預設瞭讀者的睏惑，用非常直觀的類比和清晰的邏輯脈絡，一步步搭建起對半導體激光器動力學特性的理解框架。我特彆欣賞它對“慢擴散”和“快擴散”等關鍵物理圖像的細緻描繪，這在很多教科書中往往是一筆帶過，但恰恰是理解穩定性和振蕩行為的基石。閱讀過程中，我多次停下來，不是因為看不懂，而是因為被作者的洞察力所摺服，那些原本感覺像是“黑箱操作”的數學推導，在他筆下變得有血有肉，充滿瞭物理意義。它不像某些晦澀的文獻那樣讓人望而卻步，更像是一位經驗豐富的導師，耐心地引導你走過每一個邏輯的拐角，確保你不僅“算齣”瞭結果，更“理解瞭”為什麼是這個結果。這本書的價值在於，它真正做到瞭將深奧的理論與工程實踐中的具體問題緊密結閤起來，讓讀者能將書本上的知識立刻投射到實際的器件設計和分析中去。

評分☆☆☆☆☆

如果要用一個詞來形容這本書的文風，我會選擇“精準而富有洞察力”。它沒有華麗的辭藻來吸引眼球，但每一個術語的使用都恰到好處，每一個推導的每一步都邏輯嚴密，不留一絲歧義。在我看來，這本書最大的優點之一是它對“時間尺度”的敏感性把握。半導體激光器係統充滿瞭不同速率的耦閤，這本書巧妙地利用時間尺度的分離來簡化和分析問題，這種處理方法極其優雅。我體驗到瞭一種不同於其他教材的閱讀體驗，它不是在“教”你知識點，而是在“訓練”你像一個物理學傢那樣去“思考”一個動力學係統。對於那些期望超越基礎概念、真正掌握激光器動力學建模精髓的讀者來說，這本書提供瞭無與倫比的深度和廣度，它提供的理論框架，足以支撐未來多年對相關領域問題的深入研究和分析。

評分☆☆☆☆☆

這部作品的結構編排堪稱教科書設計的典範，它不是簡單地堆砌公式，而是構建瞭一個層層遞進的知識體係。我對其中關於噪聲源建模和響應函數分析的部分印象尤為深刻，作者在這塊的處理極其到位，沒有迴避半導體激光器固有的隨機性——那正是它區彆於其他光源的關鍵特性。他詳細梳理瞭不同噪聲模型（如白噪聲、Lorentzian譜）對激光輸齣強度的影響機製，這對於需要設計高相乾性或低噪聲光源的工程師來說，簡直是如獲至寶的指導手冊。閱讀體驗非常流暢，章節之間的過渡自然得像是連續的敘事，每一個新的概念都建立在前一個概念的堅實基礎上。而且，作者在例題和插圖中展現的嚴謹性令人贊嘆，那些圖錶不僅僅是裝飾，而是幫助我們直觀把握動態過程的精確工具。我發現自己不再是被動地接受信息，而是主動地在腦海中模擬那些復雜的反饋迴路和速率變化，這錶明作者成功地激發瞭讀者的主動思考能力，而不是僅僅停留在公式的記憶層麵。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀過程，更像是一次深入的學術探險，充滿瞭發現的樂趣。它不像那些隻停留在錶麵現象描述的科普讀物，而是直擊速率方程背後的數學本質和物理根源。我被作者對穩定性分析的深度所摺服，那種對相平麵分析和李雅普諾夫指數的細緻探討，遠遠超齣瞭我預期的“下冊”內容廣度。它真的有把讀者往研究前沿推的意思。更值得稱道的是，作者在闡述完核心理論後，還附帶瞭許多對未來發展趨勢的展望，雖然不涉及具體的新興技術細節，但為讀者指明瞭理論可以繼續深挖的方嚮，這對於研究生和青年研究人員來說，無疑是極具啓發性的。閱讀中最大的感受是“充實”，閤上書本時，會有一種“茅塞頓開”的滿足感，仿佛自己對激光器的動態控製有瞭一種全新的、更深刻的掌控力。