半導體激光器設計理論2：半導體激光器激光波導模式理論（下冊） 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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郭長誌 著

圖書標籤:

• 半導體激光器
• 激光波導
• 模式理論
• 光電子技術
• 半導體物理
• 激光技術
• 通信技術
• 光縴通信
• 器件物理
• 半導體材料

齣版社： 科學齣版社有限責任公司

ISBN：9787030462619

版次：1

商品編碼：11821386

包裝：平裝

叢書名： 半導體激光器設計理論

開本：32開

齣版時間：2015-11-01

用紙：膠版紙

頁數：453

字數：572000

正文語種：中文

內容簡介

　　模式理論是研究激光在波導光腔中的傳播規律、各種波導結構中可能存在的各種光模類型和模式結構特點，揭示激光模式結構與波導結構的內在聯係，從而發現控製波導結構和模式結構的途徑。由於光在傳播過程中主要突齣其波動性，因而量子場論和經典場論基本上導齣相同的結果，因此完全可以從麥剋斯韋方程組齣發進行分析。其任務是找齣器件性能所需的激光模式結構和設計齣其閤理的波導光腔結構方案。
　　《半導體激光器設計理論2：半導體激光器激光波導模式理論（下冊）》是在作者1989年12月齣版的《半導體激光模式理論》的基礎上，作瞭修訂和大量補充完備，以反映作者及其團隊幾十年來取得的重要研究成果和該領域的新進展。
　　《半導體激光器設計理論2：半導體激光器激光波導模式理論（下冊）》論述既重基礎又涉及前沿，既重物理概念又重推導編程演算。
　　《半導體激光器設計理論2：半導體激光器激光波導模式理論（下冊）》適閤有關專業的大學高年級學生、研究生、研究人員和教師作為專業教材、參考書或自修提高的讀物。

內頁插圖

目錄

第3章 緩變波導
3．1 延伸拋物型波導
3．1．1 二維延伸拋物型實摺射率波導
3．1．2 齣射光束
3，1．3 -維延伸拋物型復摺射率波導
3，1．4 模式穩定性
3．2 突變一緩變波導
3．2．1 模式電場方程的一維化
3．2．2 突變一延伸拋物型波導
3．2．3 突變-平方正切波導
3．2．4 突變_延伸冪函數波導
3．3 截斷緩變波導
3．3．1 突變-平方雙麯正切波導
3．3．2 突變-截斷冪函數波導
3．4 有源區內的注入載流子分布
3．4．1 載流子的雙極性擴散過程
3．4．2 有源區內垂直於結平麵方嚮的載流子分布
3．4．3 結電流分布模型
3．4．4 一維化結電壓模型
3．4．5 二維條形結電壓分布和改進的模型
3．4．6 條形激光器中電壓，電流和載流子分布的精確模型——有限差分法
3．5 非平麵波導
3．5．1 結構形式和分析方法
3．5．2 非等厚有源層內的擴散方程
3．5．3 數值例子
3．5．4 非平麵波導過程的特點

第4章 分布反饋波導
4．1 引論
4．2 分布反饋激光器
4．2．1 周期刻槽的光柵效應
4．2．2 耦閤波理論
4．2．3 近似解析解
4．2．4 色散和禁帶
4．2．5 數值結果
4．2．6 增益光柵的實現
4．3 分布布拉格反射激光器
4．3．1 作為布拉格反射體的周期刻槽
4．3．2 分布布拉格反射激光器的基本特性
4．3．3 有集成輸齣波導的半導體激光器
4．3．4 光柵刻槽形狀對耦閤係數的影響
4．4 薄膜光學的電磁理論基礎
4．4．1 薄膜乾涉的特點和薄膜與厚膜的判據
4．4．2 光波在多層薄膜結構的行為
4．5 光學薄膜光學特性的計算方法
4．5．1 薄膜光學性質的等效性
4．5．2 逐麵逐層迭代——菲涅耳矩陣傳遞法
4．5．3 逐麵逐層迭代——導納矩陣和相位矩陣遞推法
4．5．4 乾涉矩陣等效遞推法
4．5．5 本徵值與反射率
4．5．6 單層介質膜的主要光學特性
4．5．7 膜係的透射率和吸收率
4．5．8 光學薄膜的駐波場計算方法
4．5．9 圖解法及其應用
4．5．10 低損耗激光反射體的設計

索引

《半導體激光器設計理論 2：半導體激光器激光波導模式理論（下冊）》 引言 深入理解半導體激光器（Semiconductor Laser，SCL）內部光場行為是實現高性能、多功能激光器器件的關鍵。在半導體激光器設計領域，激光波導模式理論占據著核心地位，它直接決定瞭器件的光學特性，如輸齣功率、光束質量、遠場分布、單模工作能力等。本冊（下冊）承接上冊在基礎理論上的鋪陳，將聚焦於半導體激光器中最復雜、也是最能體現器件精妙設計的波導模式理論。我們將從更深層次、更廣闊的視角，剖析不同結構類型半導體激光器中的激光波導模式特性，並探討如何通過精巧的設計來調控和優化這些模式，從而達到特定的應用需求。 核心內容概述 本冊將重點深入探討以下幾個關鍵領域： 第一章：復雜波導結構下的模式行為分析 多層結構波導的精確模式求解： 不同於簡單的二層結構，實際的半導體激光器常常采用多層量子阱、包覆層、電子/空穴阻擋層等復雜結構。本章將詳細介紹適用於這類復雜波導的精確模式求解方法，包括嚴謹的解析方法（在特定簡化條件下）和更為通用的數值方法（如有限元法、有限差分法、傳播模式分解法等）。我們將著重分析各層材料的摺射率、厚度以及量子阱摻雜濃度等參數如何影響有效摺射率、模式階數、模式場分布以及模式增益。 傾斜波導與斜角耦閤波導中的模式特性： 傾斜波導在某些特定應用中（如光縴耦閤）具有重要意義，它使得激光束以一定角度齣射。本章將研究傾斜波導中的模式傳播特性，分析傾斜角度對模式有效摺射率、傳播常數以及耦閤效率的影響。同時，也將探討斜角耦閤結構如何影響模式的形成和傳播，特彆是在多模乾涉（MMI）器件等應用中的錶現。 橫嚮限製結構對模式的影響： 除瞭縱嚮（沿器件長度方嚮）的限製，橫嚮（垂直於光傳播方嚮）的限製對於形成穩定的單模或特定多模輸齣至關重要。本章將深入分析不同橫嚮限製機製，如條形Quemada（ Ridge）、埋層（Buried Heterostructure, BH）、脊形（Mesa）等結構中的模式行為。我們將詳細闡述這些結構如何通過改變橫嚮摺射率分布來約束光場，從而影響單模工作的可能性、橫嚮模式的階數以及模式場形狀。 二維與三維模式模擬的挑戰與方法： 隨著器件結構日益復雜，二維（2D）甚至三維（3D）的模式模擬成為必要。本章將介紹進行2D/3D模式模擬的理論框架和數值算法，討論在這些高維度模型中麵臨的計算效率和精度挑戰，並提供相應的解決方案和優化策略。 第二章：量子阱與量子點結構對模式特性的調控 量子阱（Quantum Well, QW）對有效摺射率的影響： 量子阱的引入不僅改變瞭材料的電子能帶結構，也通過電光效應（Electro-optic effect）和激光增益反饋機製，顯著影響瞭波導的有效摺射率。本章將詳細分析不同量子阱構型（如單量子阱、多量子阱、耦閤量子阱）以及量子阱材料（如GaAs/AlGaAs、InGaAs/GaAs、GaN/InGaN等）的種類、厚度、組分和摻雜濃度如何影響量子阱層內的摺射率，進而改變整個波導的有效摺射率和模式分布。 載流子填充與空間燒孔效應（Spatial Hole Burning）： 在高注入密度下，載流子在量子阱中的填充並非均勻分布，由此産生的空間燒孔效應會影響局部增益和摺射率，進而影響模式的形成和穩定性。本章將探討載流子動力學如何影響模式，以及如何通過設計波導結構來減緩空間燒孔效應，實現更穩定的單模輸齣。 量子點（Quantum Dot, QD）激光器中的獨特模式行為： 量子點激光器因其零維的量子限製效應，在模式特性上錶現齣與量子阱激光器顯著不同的特點。本章將專門研究量子點激光器中的模式行為，包括其固有的零維能級結構如何影響增益譜和模式選擇，以及如何通過波導設計來優化量子點的激子-光子耦閤，實現高性能的單模或多模輸齣。 應變工程（Strain Engineering）與摺射率調控： 通過引入晶格失配引起的外延層應變，可以調控量子阱或量子點材料的帶隙和摺射率。本章將探討應變工程如何作為一種有效的手段來精細調節波導的摺射率分布，從而優化模式特性，例如實現特定的單模工作或提高閾值電流。 第三章：多模效應、模式耦閤與抑製 多模乾涉（Multimode Interference, MMI）現象及其應用： 當波導的橫嚮尺寸較大，可以支持多種橫嚮模式傳播時，不同模式的傳播常數差異會導緻它們在傳播過程中發生乾涉。本章將深入分析MMI現象的原理，包括自成像（Self-imaging）和交叉成像（Cross-imaging）現象，並闡述其在光功率分配器、光開關、光耦閤器等器件設計中的應用。 模式耦閤機製與損耗： 在實際器件中，由於製造缺陷、非均勻性以及器件邊界處的散射，不同模式之間會發生耦閤。本章將詳細分析各種模式耦閤的物理機製，如錶麵散射、界麵粗糙度、材料不均勻性等，並討論模式耦閤如何導緻模式損耗，影響器件的輸齣效率和光束質量。 單模工作條件與優化策略： 實現單模輸齣是許多應用（如光縴通信）的基本要求。本章將係統總結實現單模工作的必要條件，包括波導的有效摺射率差、幾何尺寸、增益分布等。我們將詳細探討多種優化策略，如減小波導寬度、引入橫嚮增益/損耗麯綫、采用特定結構的側嚮限製等，以提高器件的單模抑製比（SMSR）。 多模激光器的模式劃分與控製： 盡管單模輸齣是理想狀態，但某些應用（如高功率激光器）可能需要多模輸齣。本章將討論如何通過設計波導結構和增益分布，控製多模激光器的模式數量和模式功率分配，以獲得特定的多模輸齣特性。 第四章：先進半導體激光器波導模式理論 分布反饋（Distributed Feedback, DFB）與分布布拉格反射器（Distributed Bragg Reflector, DBR）激光器中的模式： DFB和DBR激光器通過在波導中引入周期性光柵結構來實現模式選擇。本章將深入分析光柵的周期、深度、相位等參數如何影響模式的反射率和傳輸特性，以及它們如何實現窄帶輸齣和單模工作。我們將探討一維、二維光柵在DFB/DBR激光器中的應用，並分析其模式耦閤和選擇機理。 垂直腔麵發射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL）的模式行為： VCSEL以其垂直齣射、易於二維集成等優點而備受關注。本章將重點分析VCSEL中的模式行為，包括其腔體模式、橫嚮模式（基模、高次模）的形成和選擇。我們將討論反射鏡的反射率、腔長、增益區域大小、以及輸齣孔徑等因素如何決定VCSEL的模式特性。 量子級聯激光器（Quantum Cascade Laser, QCL）的波導模式： QCL工作原理獨特，其多量子阱結構和超晶格設計帶來瞭特殊的波導模式行為。本章將探討QCL的波導結構如何支持特定的電子躍遷和光子模式，以及如何通過設計級聯結構和波導參數來調控其工作波長和輸齣特性。 新型半導體激光器結構中的模式探索： 隨著半導體材料科學和微納加工技術的不斷發展，各種新型半導體激光器結構（如二維材料激光器、光子晶體激光器、諧振腔增強型激光器等）不斷湧現。本章將對這些新興領域中的波導模式理論進行初步的介紹和展望，探討新的材料和結構如何帶來全新的模式現象和設計挑戰。 結論 《半導體激光器設計理論 2：半導體激光器激光波導模式理論（下冊）》旨在為讀者提供一個全麵、深入的半導體激光器波導模式理論體係。通過對復雜波導結構、量子效應、多模行為以及先進激光器結構的深入剖析，讀者將能夠更深刻地理解半導體激光器內部光場與物質的相互作用，掌握設計和優化激光器波導模式的關鍵技術。本冊內容不僅適用於半導體激光器領域的研究人員和工程師，也為相關專業的學生提供瞭紮實的理論基礎。通過掌握這些先進的理論知識，讀者將能更好地應對未來半導體激光器器件的挑戰，推動相關技術的持續進步。

評分☆☆☆☆☆

從目錄上看，這本書的章節安排非常係統，從基礎的波導結構分析，到復雜的模式求解和特性研究，一步步深入。我最期待的章節是如何利用理論分析來指導實際的激光器設計，比如如何通過調整波導尺寸、材料摺射率分布等參數來獲得期望的輸齣模式。我相信，這本書一定包含瞭許多作者在多年研究和實踐中總結齣的寶貴經驗和獨到見解。雖然我還沒來得及深入研讀，但我對其中關於多模行為和單模輸齣的控製理論尤為好奇。理解這些內容，對於設計高性能、高指嚮性的半導體激光器至關重要。同時，書中對各種近似方法的討論，也展現瞭作者對理論與實際相結閤的深刻思考。很多時候，精確的理論求解在工程上是難以實現的，而有效的近似方法則能大大簡化設計過程。我希望這本書能給我提供這樣的解決方案。這本書的齣版，無疑為整個半導體激光器領域的研究者和工程師提供瞭一個不可多得的學習平颱。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就透露齣一種嚴謹和專業的氣息，深藍色的背景搭配燙金的標題，仿佛預示著裏麵蘊含著精深的知識。翻開書頁，紙張的觸感也相當不錯，印刷清晰，排版閤理，讀起來不會有壓迫感。雖然我還沒有深入研究其內容，但僅僅是瀏覽一下目錄和前言，就能感受到作者在半導體激光器波導模式理論方麵的深厚功底。那些復雜的公式和圖錶，雖然目前我可能無法完全理解，但它們象徵著對基礎物理原理的深入探索和對技術細節的精確把握。我期待著這本書能夠為我打開一個全新的視角，讓我能夠更深刻地理解半導體激光器的內部運作機製，尤其是關於波導模式的形成和調控。對於任何一位對激光技術感興趣，或者正在從事相關研究和開發的工程師、學生來說，這本書無疑是一筆寶貴的財富。它不是那種泛泛而談的科普讀物，而是直擊核心，為讀者提供紮實的理論基礎，幫助我們在麵對實際工程問題時，能夠擁有更強的分析和解決問題的能力。我個人對其中關於非綫性光學效應如何影響波導模式的章節尤其感興趣，希望能從中找到一些啓發。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容深度和廣度都令人印象深刻，尤其是它對半導體激光器波導模式理論的深入剖析。我被書中嚴謹的推導過程和豐富的公式所吸引，盡管需要花費大量時間和精力去理解，但這種挑戰本身就極具價值。我特彆關注書中關於如何精確計算和預測激光器的輸齣波長、光譜綫寬以及空間模式特性的部分。這對於設計特定應用的激光器，例如通信、傳感或者醫療領域，是至關重要的。我瞭解到，半導體激光器的波導模式很大程度上決定瞭其性能，而這本書正是提供瞭理解和控製這些模式的理論基礎。雖然我還需要時間去完全掌握其中的精髓，但我已經能夠感受到這本書所蘊含的巨大潛力。它不僅僅是一本書，更像是一位經驗豐富的導師，指引著我們在半導體激光器設計領域前行的方嚮。書中對不同波導結構下的模式行為的分析，以及作者對這些模式如何影響激光器性能的論述，是我目前最感興趣的部分。

評分☆☆☆☆☆

我是在一個偶然的機會瞭解到這本書的，當時我的研究正好涉及到半導體激光器的腔體設計，對如何優化輸齣波長和模式特性感到非常睏惑。在嚮一些資深的前輩請教時，這本書被反復提及。雖然我還在努力消化其中的一部分內容，但這本書給我的整體感覺是非常“硬核”和“紮實”。它不像市麵上很多同類書籍那樣，僅僅停留在原理的介紹，而是深入到數學推導和物理模型的構建。我尤其欣賞作者在解釋復雜概念時所采用的清晰邏輯和條理。即便有些推導過程對我來說依然是挑戰，但通過作者細緻的講解，我能逐步領悟其背後的思想。這本書讓我意識到，要真正掌握半導體激光器的波導模式理論，就必須具備紮實的數學功底和對電磁場理論的深刻理解。我目前正在啃讀關於模式耦閤和損耗的章節，希望能從中找到一些優化腔體設計、提高激光器效率的思路。這本書無疑是為那些真正想深入瞭解半導體激光器核心技術的人準備的，它提供瞭一個深入研究的起點，同時也提供瞭解決問題的工具。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，這本書的內容對我來說具有相當的挑戰性，因為我不是專業領域的從業者，但它的吸引力在於提供瞭一個深入瞭解一個復雜技術核心的機會。這本書似乎不是為快速瀏覽而設計的，而是需要靜下心來，逐字逐句地品味。我被其中對物理現象背後數學模型的精細構建所打動，這是一種將抽象概念轉化為可計算、可預測的嚴謹過程。雖然我可能無法完全理解所有推導，但通過這本書，我能夠窺見半導體激光器設計背後的深層邏輯。我特彆感興趣的是，書中是如何將理論知識轉化為實際的工程指導的。例如，如何根據理論模型來預測不同設計參數對激光器性能的影響。我相信，對於有誌於在半導體激光器領域深耕的研究者和工程師來說，這本書提供瞭一個不可或缺的知識體係。它不僅僅是知識的傳遞，更是一種思維方式的啓發，讓我更加敬畏科學的嚴謹性和工程的精密性。