半导体光放大器及其应用(精)/半导体科学与技术丛书 黄德修,张新亮,黄黎蓉著 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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黄德修，张新亮，黄黎蓉著 著

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• 张新亮

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030335319

商品编码：29792630205

包装：精装

出版时间：2012-03-01

图书基本信息,请以下列介绍为准
书名	半导体光放大器及其应用(精)/半导体科学与技术丛书
作者	黄德修,张新亮,黄黎蓉著
定价	78.00元
ISBN号	9787030335319
出版社	科学出版社
出版日期	2012-03-01
版次	1

其他参考信息（以实物为准）
装帧：精装	开本：16开	重量：0.722
版次：1	字数：	页码：

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目录

内容提要

半导体光放大器是一种处于粒子数反转条件下的半导体增益介质对外来光子产生受激辐射放大的光电子器件，和半导体激光器一样，是一种小体积、高效率、低功耗和具有与其他光电子器件集成能力的器件。尽管掺铒光纤放大器（EDFA）后来居上，在光纤通信中获得应用，但半导体光放大器在光纤通信网络中应用前景仍不容置疑。黄德修等编著的这本《半导体光放大器及其应用》共分9章，前4章介绍半导体光放大器的原理、器件结构、性能参数和可能产生的应用。第5章介绍半导体光放大器增益介质的不断改进和相应的性能改善，特别介绍低微量子材料的性能对半导体光放大器性能提高的影响。第6～8章分别阐述半导体光放大器在全光信号处理的几个不同方面的应用研究结果。第9章介绍半导体光放大器作为一个重要器件参与光电子集成的关键技术。《半导体光放大器及其应用》可供从事半导体光放大器研究和应用的研究生或工程技术人员参考。

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作者介绍

序言

光电转换新篇章：光学与电子学深度融合的奥秘 在日新月异的科技浪潮中，对信息传输速率和处理能力的极致追求，始终是推动前沿科学发展的核心动力。光，以其无与伦比的速度和巨大的携带量，早已成为信息时代的宠儿。而电子学，则奠定了现代信息处理的基石。当这两大颠覆性技术领域发生深度碰撞，便催生出了一系列令人振奋的创新，其中，光电转换技术无疑是这其中的一颗璀璨明珠，它为我们打开了通往更高性能、更低能耗信息系统的全新大门。 本领域的研究，聚焦于如何高效、精确地实现光信号与电信号之间的相互转换。这不仅仅是简单的信号“翻译”，更是在微观尺度上对物质与光、电相互作用机制的深刻理解与巧妙运用。它关乎着我们如何捕捉微弱的光信号并将其转化为可识别的电信号，以便进行后续的处理、放大和存储；同时也探索着如何将电信号转化为光信号，实现信息的高速远距离传输。这种双向的、高度耦合的转换过程，是构成现代光通信、光计算、光传感乃至先进显示技术等不可或缺的关键环节。 光电转换的核心挑战与探索方向 要实现高效的光电转换，首先需要解决的是如何捕捉到光子并将其转化为电子。这通常依赖于对特定材料光电效应的深入研究。例如，半导体材料，因其独特的能带结构，在吸收光子后能够激发电子-空穴对，进而产生光电流，这是光电转换的基本原理。然而，如何提高光电探测器的灵敏度，使其能够探测到极为微弱的光信号，同时保持快速的响应速度，始终是研究人员面临的严峻挑战。这涉及到对材料的吸收谱、载流子寿命、迁移率以及器件结构的优化等多个方面。 另一个关键的挑战在于能量效率。在信息处理的过程中，每一次的光电转换都会伴随能量的损耗。特别是在大规模信息系统中，即使微小的能量损耗累积起来，也会导致巨大的能耗问题，并产生热量，限制器件的性能和集成度。因此，开发低功耗、高效率的光电转换器件，是实现绿色计算和可持续信息技术发展的必然要求。这促使我们不断探索新的材料体系，如钙钛矿、量子点等，以及创新的器件设计，以期在光生载流子的产生、分离和收集过程中减少能量损失。 此外，转换速度也是衡量光电转换技术性能的重要指标。随着信息传输速率的不断提升，光电探测器和光电发射器需要能够跟上甚至超越高速的光信号变化。这要求材料本身具有极快的载流子响应特性，同时器件的寄生电容和电感也要被最小化。微纳尺度的器件设计、先进的半导体制造工艺，以及对超快动力学过程的深入理解，共同构成了提升转换速度的关键。 光电转换技术在各个领域的广泛应用 光电转换技术的飞速发展，已经深刻地改变了我们生活的方方面面。 在光通信领域，光电转换是信息传输的核心。光纤通信系统中，光信号通过光纤传输，到达接收端后，需要通过光电探测器将其转化为电信号，进行后续的处理、解码和显示。而作为信息源的电信号，在发送端则需要通过电光调制器转化为光信号，再注入光纤。高性能的光电探测器（如PIN光电二极管、雪崩光电二极管APDs、单光子雪崩二极管SPADs）和光电发射器（如激光二极管、发光二极管LEDs）是构建高速、大容量光通信网络的基础。它们决定了通信的带宽、传输距离和信号质量。 光计算作为下一代计算技术，同样离不开光电转换。光信号在某些计算任务中具有天然的优势，例如并行处理能力和低延迟。然而，目前的计算逻辑仍然主要基于电子器件。因此，高效、低功耗的光电转换器件，能够实现电信号到光信号的转换，将电信号驱动的光学逻辑门，以及将光学计算结果再转化为电信号，是连接传统电子计算与未来光学计算的重要桥梁。这包括光电探测器用于读取光学计算结果，以及电光调制器和激光器用于驱动光学逻辑。 在传感器技术领域，光电转换使得我们能够“看见”并“感知”世界。各种光学传感器，如图像传感器（CMOS、CCD）、光电二极管阵列、光电倍增管等，都依赖于光电转换来捕捉环境中的光线信息，并将其转化为数字信号，从而实现图像的采集、测量特定波长的光强、探测微弱光信号等。从智能手机的摄像头到天文望远镜，从医疗诊断设备到环境监测系统，光电转换传感器无处不在，极大地扩展了我们感知世界的能力。 先进显示技术的发展，也与光电转换息息相关。OLED（有机发光二极管）和MicroLED等新型显示技术，都涉及到电信号驱动发光材料产生光。尽管这里的“转换”更多地是电致发光，但其核心原理仍然是电能驱动载流子产生光子，与光电转换在某些方面具有相似的物理机制，且在器件驱动电路设计上，也需要与电信号处理紧密结合。 材料科学与器件创新的前沿 推动光电转换技术不断突破的关键，在于材料科学的创新和器件结构的优化。 新材料的探索：除了传统的硅基半导体，近年来，化合物半导体（如砷化镓GaAs、磷化铟InP）、宽禁带半导体（如氮化镓GaN、碳化硅SiC）、有机半导体、二维材料（如石墨烯、二硫化钼MoS2）以及钙钛矿等新型光电材料，都在光电转换领域展现出巨大的潜力。例如，化合物半导体在高速光电器件方面表现出色；宽禁带半导体则在高温、高压环境下具有优势；有机半导体和钙钛矿则为柔性、低成本的光电器件提供了可能；二维材料则带来了超薄、高性能的器件设计新思路。 器件结构的革新：为了提高光电转换效率和响应速度，研究人员不断探索新的器件结构。例如，光电探测器的结构演进，从简单的PN结，到PIN结构，再到APD和SPADs，每一步都伴随着对载流子收集效率和增益机制的优化。量子点光电探测器利用量子尺寸效应，实现了对特定波长光的高效吸收和转换。多结光电器件通过叠加不同带隙的半导体层，能够更有效地利用太阳光谱，提高光伏转换效率。 集成化与微纳加工技术：随着信息处理需求的日益增长，将光电器件与电子器件进行异质集成和同质集成成为重要的发展方向。这需要先进的微纳加工技术，如光刻、刻蚀、薄膜沉积等，来实现微米甚至纳米尺度下器件结构的精确构建。光电子集成电路（OEIC）的出现，将光探测器、光发射器和驱动电路集成在同一芯片上，极大地提高了系统的集成度、降低了功耗和成本，是实现超高速、高密度光信息处理的关键。 未来展望 光电转换技术正处于一个充满活力和机遇的时代。从根本上理解光与物质的相互作用，开发更高效、更快速、更低功耗的新型光电材料和器件，并将其与现有的电子技术有效结合，是未来研究的重点。例如，高性能光电耦合的逻辑单元，能够实现光信号的直接处理而无需转化为电信号，将是实现真正光计算的关键一步。超灵敏、超快速的光电探测器，对于低功耗物联网、生物医学成像、以及深空探测等领域具有革命性的意义。 此外，人工智能与光电转换的结合也展现出巨大的潜力。利用机器学习算法，可以更精确地设计和优化光电器件的结构和材料，提高其性能；同时，基于光电转换的光学神经网络，也有望在某些计算任务上超越传统的电子神经网络。 总而言之，光电转换技术作为连接光学与电子学世界的桥梁，其发展不仅推动着信息技术的进步，更深刻地影响着科学研究、工业生产和社会生活的各个层面。对这一领域的持续探索，必将为我们带来更多惊喜，并为构建更智能、更高效、更绿色的未来信息社会奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

从阅读体验的角度来说，这本书的装帧和排版质量也令人印象深刻。作为一套丛书中的“精装本”，它的纸张质量、印刷清晰度都达到了专业出版物的顶级水准。对于这种包含大量复杂图表、能带结构图以及仿真结果曲线的技术书籍来说，清晰的图文是保证阅读效率的关键。很多技术书为了控制成本，在图表处理上常常敷衍了事，导致关键细节模糊不清，让人不得不去查找原始论文。但这本书在这方面做得非常到位，即便是最精密的半导体异质结结构图，也能看得清清楚楚。此外，全书的逻辑结构非常流畅，章节间的过渡自然，没有出现那种硬生生拼接不同研究成果的零碎感。作者们显然花费了巨大的精力进行整体的梳理和统一，确保了技术语言风格的一致性，使得读者可以心无旁骛地专注于内容本身。在如今电子书和低质量盗版泛滥的时代，拥有一本如此精良的纸质专业书籍，本身就是一种享受，能极大地提升学习和研究的沉浸感。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我买这本书主要是冲着作者团队在SOA（半导体光放大器）非线性特性研究上的深厚积累去的。近些年来，随着网络速率的不断提升，尤其是在超高速光分组交换和波长转换等关键应用中，SOA的载流子瞬态响应和饱和效应已经成为了限制系统性能的瓶颈。我手头正在进行一个关于超快光开关的研究，需要精确建模SOA的动态特性。市面上很多资料对这些高阶效应的描述往往过于简化，无法准确预测真实器件的表现。而这本专著在这方面的论述，可以说是细致入微、鞭辟入里。它不仅详细分析了线性和高增益下的增益压缩，还深入探讨了受激辐射、交叉增益调制（XGM）和交叉相位调制（XPM）等复杂交互现象。书中对数学模型的推导过程清晰严谨，同时结合了实验数据进行验证，这对于我们从事器件建模和仿真工作的人员来说，简直是雪中送炭。我特别关注了其中关于宽带和多通道应用中的串扰抑制策略，这部分的讨论非常具有前瞻性，为我们下一步的工作指明了方向。这本书的“精”字，很大程度上体现在了对这些前沿、复杂工程问题的深度剖析上，而非仅仅停留在教科书式的介绍。

评分☆☆☆☆☆

我接触过许多号称“全面”的半导体光电子学著作，但往往在特定器件的深入性上有所欠缺。这本书的独特之处在于，它选择了“半导体光放大器”这一相对聚焦的主题，然后将其挖掘到了极致的深度，做到了专而精、精而深。它不仅仅是一个器件的工作原理介绍，更像是一部围绕着这个核心器件展开的、跨越了材料、物理、器件制造到系统集成的百科全书。比如，它对量子点（QD）和量子阱（QW）放大器在异种材料集成中的挑战与优势对比分析，就非常精彩。这些细微的差别，恰恰是决定一个高端光器件设计成败的关键所在。对于想从零开始建立起一个完整知识体系的研究生来说，这本书提供了从基础量子力学概念到最前沿的速率方程求解的完整路径。它不是那种只告诉你“是什么”的书，而是会告诉你“为什么是这样，以及我们还能怎么让它变得更好”的书。这种由内而外的系统性梳理，对于培养未来能独立解决复杂光电子工程问题的创新型人才，具有不可替代的价值。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期从事光纤通信系统集成的工程师，我更关注的是器件如何与现有或未来的光网络架构无缝对接。这本书的后半部分，关于“应用”的论述，正是深得我心。它没有陷入纯理论的泥潭，而是非常务实地将光放大器的性能指标转化成了网络级别的性能指标。例如，在多级放大链中，如何通过优化器件的偏置电流和输入光功率，来平衡噪声系数（NF）和信号质量（OSNR）的折衷，这本书给出了非常实用的分析框架。我尤其赞赏它对新型架构的探讨，比如如何利用SOA实现光域的交叉连接和动态信道管理。在云计算和数据中心互联日益重要的今天，实现灵活的、低延迟的光互连是行业热点，而SOA正是实现这一目标的核心器件之一。书中对这些未来应用的展望，结合了最新的研究成果，使得这本书不仅仅是一本回顾过去技术的书籍，更像是一份面向未来的技术路线图。它能帮助我们这些应用层面的工程师，更好地理解底层器件的物理限制，从而在系统设计中做出更优的权衡和选择。

评分☆☆☆☆☆

这本《半导体光放大器及其应用（精）》的出版，对于我们这些长期在光通信和光电子领域摸爬滚打的研究人员和工程师来说，无疑是一份及时的“大礼”。我记得我刚接触这个领域的时候，能找到的系统性、深入浅出的教材和参考书还比较有限，很多前沿知识点都需要靠零散的论文和会议资料来拼凑。这套书的出现，正好填补了国内在这个细分领域深度和广度上的一个重要空白。尤其是它冠以“精”字，从结构编排上就能感受到作者们的匠心——他们显然不是简单地罗列公式和实验结果，而是试图构建一个完整、自洽的理论体系。我特别欣赏它在基础理论部分的处理方式，对于半导体材料的能带结构、载流子动力学如何影响增益特性，讲解得非常透彻，这对于理解非线性效应和噪声特性至关重要。很多初学者往往直接跳到应用层面，却忽略了对物理本质的把握，导致在实际系统设计中遇到瓶颈时束手无策。这本书的价值就在于，它把“为什么”和“怎么做”紧密地结合在了一起，既有理论的深度，又有工程实践的指导性，非常值得作为案头参考书反复研读。它绝对不是那种读完一遍就束之高阁的教材，而更像是一本能陪伴你度过数个项目周期的工具书，每一次翻阅都会有新的领悟。