半导体激光器基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学普及出版社

作者:栖原敏明

出品人:

页数:276

译者:周南生

出版时间:2002-7-1

价格:23.00元

装帧:精装(无盘)

isbn号码:9787030101877

丛书系列:

图书标签:

• 半导体激光器
• 激光物理
• 光电子学
• 半导体物理
• 光通信
• 激光技术
• 器件物理
• 光学
• 材料科学
• 电子工程

《先进光学材料与器件设计》 简介 本书聚焦于当前光学领域最前沿、最具应用潜力的先进光学材料的物理特性、制备工艺及其在新型光学器件设计中的集成应用。本书旨在为光电子工程、材料科学、物理学等相关专业的研究生、高年级本科生以及从事光学和光电子技术研发的工程师提供一本系统、深入且兼具前瞻性的参考著作。 全书共分为六大部分，系统阐述了从基础理论到尖端应用的完整技术链条。 --- 第一部分：新型光学材料的量子特性与能带工程 (约300字) 本部分深入探讨了用于构建高性能光学器件的半导体、介电体及复合材料的微观物理基础。重点分析了如何通过元素掺杂、晶格应变工程（Strain Engineering）以及超晶格结构（Superlattice）调控材料的电子能带结构，从而实现对光吸收、光发射和光折变性能的精确控制。 内容涵盖了： 1. 宽禁带半导体材料（如GaN、SiC、ZnO）：解析其高击穿场强和优异热稳定性的内在机制，以及如何利用其宽禁带来拓展器件的工作波长范围，特别是在紫外（UV）光发射和高功率光电探测方面的潜力。 2. 量子点（Quantum Dots, QDs）与二维材料（2D Materials）：详细讨论了尺寸量子限域效应（Size Quantization Effect）如何导致发射光谱的离散化和可调谐性。重点介绍了钙钛矿量子点（Perovskite QDs）在光致发光量子效率（PLQE）方面的突破，以及石墨烯、二硫化钼（MoS2）等二维材料在超薄光学薄膜和透明电极中的应用优势。 3. 非线性光学晶体材料：阐述了光场与材料相互作用的本构关系，包括二次谐波产生（SHG）和三阶非线性效应。对比分析了KDP、BBO以及新型有机非线性材料的优缺点及其在频率转换技术中的地位。 --- 第二部分：光波导与集成光子学中的材料界面 (约350字) 本部分将理论视角转向实际器件结构，重点关注光波在异质结构界面上传输和耦合的物理现象，这是实现光集成电路（PICs）的关键挑战。 详细内容包括： 1. 光波导材料选择与损耗机制：分析了集成光路中核心波导材料（如高纯度二氧化硅、氮化硅SiN$_{x}$和InP基材料）的有效折射率、双折射率及其色散特性。深入探讨了波导损耗的主要来源，包括散射损耗（由粗糙度引起）和吸收损耗，并提出了降低界面散射的先进抛光与刻蚀技术。 2. 光电耦合与模场分布：研究了光束从自由空间或光纤耦合进/出波导的效率问题。通过有限元法（FEM）和束传播法（BPM）模拟了不同几何结构（如脊波导、包层波导）的模场分布（Mode Field Distribution），强调了模式场的有效匹配对器件性能（如耦合损耗）的重要性。 3. 光电/光热调控材料：讨论了用于实现光开关、调制器的功能性材料。介绍了基于自由载流子吸收效应（Free-Carrier Absorption）的电光调制器材料体系。此外，对热光效应（Thermo-Optic Effect）在波长选择性器件（如热光滤波器）中的应用进行了详细的数学建模和实验验证。 --- 第三部分：先进光电探测与成像材料 (约300字) 本部分专注于将光信号转换为电信号的高效材料体系，特别关注红外、短波和高动态范围探测技术。 核心内容包括： 1. 光电导型与光伏型探测器材料：对比分析了砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）以及碲镉汞（MCT）等主流半导体材料在光电导增益和内量子效率（IQE）上的差异。重点阐述了如何通过材料的带隙工程来精确匹配特定红外波段的辐射源。 2. 雪崩光电二极管（APD）与单光子探测器：探讨了高增益材料的载流子倍增机制。详细分析了InGaAsP/InP体系中，如何通过精确控制不同层的组分，实现低噪声、高可靠性的雪崩增益。对于单光子应用，讨论了超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的结构特点及其对超导薄膜材料的要求。 3. 高分辨率成像传感器：研究了CMOS图像传感器中像素尺寸微缩化带来的挑战，以及新型背照式（Backside Illuminated, BSI）结构的材料优化策略，旨在提高透光率和填充因子（Fill Factor）。 --- 第四部分：高功率光学元件的材料可靠性与损伤阈值 (约250字) 针对高能量激光系统和高亮度光源的应用需求，本部分着重于材料在极端条件下的稳定性和耐久性。 主要关注点： 1. 激光损伤机制与防护涂层：深入分析了激光诱导材料损伤（LID）的物理过程，包括热、光化学和等离子体效应。详细介绍了用于高功率激光镜片和窗口的关键介电多层膜（Bragg Reflectors）的设计原理，以及如何通过优化材料堆叠顺序和界面质量来提高激光损伤阈值（LDT）。 2. 热管理材料：讨论了高功率密度光器件的热设计挑战。介绍了具有高热导率的衬底材料（如金刚石、氮化铝）的制备与键合技术，以确保工作结温在安全范围内，防止热致应力导致的器件失效。 3. 辐射和辐照环境下的材料稳定性：研究了高能粒子（如质子、重离子）对光学材料能带结构和晶格完整性的长期影响，这对空间光电系统至关重要。 --- 第五部分：先进镀膜技术与表面工程 (约200字) 本部分聚焦于如何通过精确控制材料的沉积过程，赋予光学表面特殊功能。 内容涵盖： 1. 物理气相沉积（PVD）与化学气相沉积（CVD）：对比了电子束蒸发、磁控溅射和等离子体增强CVD在制备高均匀性、低缺陷光学薄膜方面的适用性。重点讨论了薄膜应力（Tensile/Compressive Stress）的控制及其对膜层附着力和光学性能的影响。 2. 等离子体刻蚀技术：介绍了反应离子刻蚀（RIE）和深度反应离子刻蚀（DRIE）在精确定义波导结构和微纳光学元件（如光栅、超表面）轮廓中的应用，强调了刻蚀的侧壁垂直度和表面粗糙度的控制。 3. 抗反射与增透膜设计：阐述了基于有效介质理论和电磁场调控的宽带、多波段增透膜的理论设计和优化算法。 --- 第六部分：新兴集成技术与前沿展望 (约150字) 最后一部分对未来发展趋势进行展望，特别是跨学科材料的融合应用。 讨论主题包括： 1. 光子集成与硅基光电子：探讨了如何在标准CMOS工艺流程中集成 III-V族半导体（如InP）以实现高效率的片上光源，重点关注混合集成技术（Hybrid Integration）的挑战。 2. 等离激元学（Plasmonics）与超表面（Metasurfaces）：简要介绍了利用金属-介质界面上的表面等离激元共振来突破衍射极限的光学器件概念，以及基于亚波长结构阵列实现对光相位、振幅和偏振的任意调控的前景。 全书以严谨的物理模型为基础，结合大量的工程实例和最新的研究成果，为读者构建了一个理解和设计下一代先进光学器件的坚实知识框架。

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我对超快激光技术越来越着迷，尤其是飞秒脉冲的产生机制。我希望这本所谓的“基础”教材，能在激光的动态特性和非线性效应方面有所着墨。例如，如何从半导体材料的载流子动力学模型出发，推导出饱和吸收体的等效模型？以及，在锁模腔内，光脉冲的整形过程是如何受限波导色散和自相位调制共同影响的？这些高级主题，如果能以一种非线性光学背景知识相对薄弱的读者也能理解的方式介绍出来，那这本书的覆盖面就非常广阔了。我尤其关注半导体可饱和吸收镜（SESAM）在超快半导体激光器中的应用，如果能详细分析其饱和参数、恢复时间对脉冲形成的影响，以及如何优化其设计以减小抖动，那么这本书就不仅仅是“基础”那么简单了。我希望它能成为我通往更复杂、更前沿课题的一个坚实跳板，而不是一个仅仅停留在稳态工作点分析的入门读物。

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说实话，我买这本书的时候，主要是冲着作者在器件设计方面的声誉去的。我目前正在一个初创公司工作，主要任务是优化现有激光芯片的稳定性和寿命。因此，我最关心的部分是关于热管理和长期可靠性测试的章节。理想情况下，我希望书中能详细对比不同封装技术——比如蝶形封装和TO封装——对芯片热阻的影响，并且提供一些实用的应力分析模型。理论部分固然重要，但工程实践中的经验教训往往更宝贵。比如，如何通过调整电极材料和钝化层来抑制表面复合，从而提高器件的抗击穿能力？这些实战经验，如果能在书中有所体现，那这本书的价值就直线飙升了。另外，我对光束质量的控制也很有兴趣，特别是针对高功率应用的条形阵列激光器，如何通过优化注入电流分布来抑制横模失谐振，进而获得平坦的输出功率分布。如果这本书能提供一些实际的测量方法和数据处理流程，那就更贴合我的工作需求了。相比起纯粹的理论推导，我更青睐那些能直接指导我进行实验设计和参数优化的内容。

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这本书的封面设计简洁大气，装帧质量也相当不错，一看就是本用心制作的专业书籍。我最近在研究光电子学领域的前沿进展，急需一本能够系统梳理基础理论，同时又不失深度的参考资料。我期望这本书能为我搭建起一个扎实的理论框架，尤其是在量子效率、阈值电流密度这些关键参数的物理本质上，希望能有更深入浅出的阐述。如果能涵盖新型材料体系，比如钙钛矿激光器或者量子点激光器的工作原理，那就更好了。不过，我更看重的是，作者是否能用清晰的逻辑线索，将复杂的半导体能带结构、载流子输运、以及光放大过程有机地串联起来。我特别关注它在描述激光器的结构设计——例如波导的有效折射率、腔的损耗机制——这些工程层面的细节是否处理得足够到位。一本好的教材，不光要教会你“是什么”，更要告诉你“为什么是这样”，并提供解决实际问题的思路。我对那些只停留在公式堆砌，缺乏物理图像的著作总是心存芥蒂。这本书的气质，从名字上来看，是偏向严谨和基础的，希望它能成为我未来深入研究的得力助手，而不是一本只能束之高阁的摆设。期待它在概念的清晰度和例题的典型性上能给我带来惊喜。

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我是一个侧重于材料科学背景的研究人员，对半导体异质结的能带工程非常感兴趣。我希望这本书能提供一个详尽的视角，来审视材料选择对最终器件性能的决定性影响。比如，InP/GaAs/GaN等不同材料体系的带隙结构、应变效应以及界面质量的控制，是如何直接影响到辐射复合效率和载流子限制能力的？我期待看到关于量子阱、量子点异质结构设计中的能级匹配和欧姆接触形成的微观机制的深入探讨。对于缺陷工程，如如何利用故意引入的缺陷或杂质来调控载流子寿命和光吸收特性，这本书是否有独特的见解？如果书中能包含一些使用第一性原理计算（如DFT）来预测新型合金半导体激光器特性的案例分析，那就太有价值了。我需要的不是仅仅罗列出不同材料的参数表，而是希望看到材料特性与宏观器件性能之间建立起来的、严谨的、可量化的物理桥梁。这本书的理论深度，能否支撑起对前沿材料体系设计的指导作用，是我最看重的地方。

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我是一个刚入行的研究生，感觉自己对这个领域还处于“知其然不知其所以然”的阶段。我最需要的是那种能够循序渐进，把最核心的概念讲解得透彻明白的教材。比如，关于受激辐射的阈值增益条件，我希望书里能用图形化的方式，清晰展示不同腔长和损耗下的工作点是如何确定的。书本的语言风格对我影响很大，我偏爱那种带着一点点人文关怀和历史背景的叙述，而不是那种冰冷、纯粹的教科书腔调。如果作者能在讲解某个重要理论突破时，顺带提一下当时的科学背景或者某个关键人物的贡献，那会大大增加阅读的趣味性。此外，我非常看重习题的设置。那些能够检验我是否真正理解了基本物理原理，而不是死记硬背公式的题目，对我至关重要的。如果能附带一些需要编程实现的小仿真任务，比如用MATLAB或Python模拟一个简单的增益谱随温度变化的曲线，那就太棒了。我希望通过这本书，能真正建立起对半导体光电子学的直觉和信心。

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