半导体激光器能带结构和光增益的量子理论(下册)9787030473806 科学出版社 郭长 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郭长志 著

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• 半导体激光器
• 能带结构
• 光增益
• 量子理论
• 郭长
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• 量子力学

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030473806

商品编码：29491881492

包装：圆脊精装

出版时间：2016-05-01

图书基本信息
图书名称	半导体激光器能带结构和光增益的量子理论(下册)
作者	郭长志
定价	168.00元
出版社	科学出版社
ISBN	9787030473806
出版日期	2016-05-01
字数
页码
版次	1
装帧	圆脊精装
开本
商品重量	0.4Kg

内容简介

本书讨论了达到设计所需精度的量子阱、量子线、和量子点的电子能带和能级的量子理论和设计计算,带间和子带间光跃迁几率和光增益的半径典量子理论和设计,应变效应及其对各维能带结构的影响、温度效应T0问题的物理机制，特别是俄歇复合的量子理论及其克服方案和设计,量子阱间耦合、载流子落入和逃逸时间的理论和设计。子带间量子级联激光器的理论和设计，其真正优点和局限性。扼要介绍全量子理论的量子光学和自发发射等理论问题

作者简介

目录

编辑推荐

文摘

序言

《量子半导体光电子学：激子、激子-声子耦合与非线性光学效应》（下册） 引言 《量子半导体光电子学：激子、激子-声子耦合与非线性光学效应》（下册）是对半导体材料中量子现象及其在光电子器件中应用的深入探索。本书在前一卷关于半导体能带结构和光增益量子理论的基础上，将视角进一步拓展至更复杂的量子相互作用和由此产生的丰富光学现象。本卷专注于揭示激子在半导体中的行为、激子与声子之间的耦合机制，以及这些相互作用如何催生出强大的非线性光学效应，为理解和设计新一代光电子器件提供坚实的理论基础。 激子：载流子复合的量子实体 在半导体材料中，当光子能量足够高时，电子可以跃迁到导带，留下一个空穴。这个被束缚在一起的电子-空穴对，在量子力学框架下被描述为一个准粒子，即激子。激子具有独立的动量和能量，其行为远比自由载流子复杂。 本书首先将详细介绍各种重要的激子模型，从最初的居于主导地位的膨松激子（Frenkel exciton）模型，该模型将激子视为在晶格中局域化的电子-空穴对，适用于电子和空穴在同一原子上的束缚情况。随后，深入探讨缅克西莫夫激子（Mott-Wannier exciton）模型，它适用于电子和空穴在较大范围内离域的束缚情况，更符合大多数半导体材料的实际情况。我们将分析这些模型的数学表述，包括激子结合能的计算、激子波函数的形状以及不同类型激子（如单重态和三重态激子）的性质。 接着，本书将深入研究激子在动量空间中的分布和输运。我们将探讨动量守恒在激子形成和湮灭过程中的作用，以及如何在不同类型的半导体（如直接带隙和间接带隙半导体）中实现高效的激子产生。此外，激子的有限寿命是另一个关键物理量，我们将分析影响激子寿命的各种因素，如辐射复合、非辐射复合（俄歇复合、陷阱辅助复合等），并介绍计算和测量激子寿命的方法。 激子-声子耦合：能量传递与失真的量子桥梁 半导体材料中的激子并非孤立存在，它们时刻与晶格振动（即声子）发生相互作用。这种激子-声子耦合是影响激子行为和光电子器件性能的关键因素。 本书将系统地阐述不同类型的激子-声子耦合机制。首先，我们将详细介绍极性耦合，这在III-V族和II-VI族化合物半导体中尤为重要，其作用是由于晶格的极性引起电偶极矩的变化，进而影响激子的能量和跃迁。其次，我们将深入研究非极性耦合，如形变势耦合，它在Si、Ge等元素半导体以及部分化合物半导体中扮演重要角色，晶格的形变导致能带的弯曲，从而影响激子。 我们还将讨论耦合强度的量化计算，以及它如何与材料的微观结构、晶格动力学特性以及电子-空穴的波函数重叠度相关联。激子-声子耦合会引起激子光谱的展宽，我们将分析其物理根源，并介绍相关的展宽模型，如高斯展宽和洛伦兹展宽。此外，激子-声子耦合还会导致能量转移，例如，激子可以通过声子将能量传递给其他激子或缺陷态，这对于理解激子在复杂结构中的行为至关重要。 本书还将探讨光致发光（PL）谱学在研究激子-声子耦合中的应用。通过分析PL谱中的零声子线（ZPL）和声子侧带，我们可以获得关于耦合强度、声子模式以及激子动力学的信息。此外，拉曼散射和红外吸收等光谱技术也将被提及，作为补充研究激子-声子耦合的有力工具。 非线性光学效应：光与物质的强相互作用 当光强达到一定水平时，半导体材料的光学性质会发生显著的非线性变化。这些非线性光学效应在光通信、光计算、激光技术等领域具有巨大的应用潜力。本书将深入探讨由激子和激子-声子耦合引起的多种非线性光学现象。 二阶非线性效应（如二次谐波产生CHG、二次光学整流COR、光学整流Optical Rectification）虽然在具有反演对称性的半导体中被禁止，但通过结构设计（如非对称量子阱、超晶格）可以实现。本书将分析这些结构如何打破对称性，以及其在频率转换和光电探测中的应用。 三阶非线性效应是本书的重点。我们将详细讨论三阶非线性极化率$chi^{(3)}$，它是描述非线性光学效应强度的关键参数。 自聚焦和自散焦：当光通过非线性介质时，其传播会受到自身强度分布的影响，导致光束发生聚焦或散焦。我们将分析其背后的机制，以及在光开关和光限制等方面的应用。 四波混频（FWM）：这是最常见的非线性效应之一，两个或多个不同频率的光波在介质中相互作用，产生新的频率成分。我们将分析FWM的理论模型，并探讨其在光纤通信中的信道扩展和光谱整形方面的应用。 二次谐波产生（SHG）和三次谐波产生（THG）：它们分别是将入射光频率加倍和变为三倍的效应。本书将详细介绍这些过程的量子理论，以及它们在光学频率转换和激光技术中的应用。 光诱导吸收（PIA）和光诱导失透（PIS）：当光穿过材料时，会改变材料的吸收和折射率，从而影响后续光的传播。我们将分析这些效应与载流子动力学和激子态的关联，以及其在光开关和光限幅器中的应用。 克尔效应（Kerr Effect）：即折射率随光强非线性变化的现象。我们将讨论其在电光调制、光开关和光孤子形成中的作用。 量子量子点与低维半导体中的非线性光学 本书还将特别关注量子点（Quantum Dots, QDs）和低维半导体（如量子阱、量子线）中的非线性光学效应。这些结构由于其量子尺寸效应，表现出独特的电子结构和激子行为，从而带来更加显著和可调的非线性光学响应。 我们将分析量子点激子的性质，包括其库仑相互作用、激子布里渊（exciton-polariton）的形成，以及这些如何影响非线性光学。针对量子点，我们将讨论其高度局域化的激子导致的强非线性光学效应，如激子布里渊共振效应，以及激子-激子相互作用在增强非线性光学响应中的作用。 对于量子阱和量子线，我们将探讨维度限制如何影响激子和载流子的能级结构，以及由此产生的非线性光学交叉饱和（nonlinear optical cross-saturation）、相干拉曼散射等现象。我们将深入研究多激子态（multiexcitons）在量子点中的形成和衰减，以及它们对非线性光学信号的贡献。 先进实验技术与理论模拟 为了深入理解这些复杂的量子现象，本书将介绍一些先进的实验技术，如超快光谱技术（飞秒光谱、皮秒光谱），用于探测激子的产生、弛豫和传输过程。非线性光学显微镜将被介绍，以实现对材料内部非线性光学响应的高空间分辨率成像。 在理论模拟方面，本书将介绍密度泛函理论（DFT）、动力学平均场理论（DMFT）等计算方法在研究激子行为和电子-声子耦合中的应用。同时，非平衡格林函数（NEGF）方法将被用来模拟非线性光学过程中载流子的输运和动力学演化。 结论与展望 《量子半导体光电子学：激子、激子-声子耦合与非线性光学效应》（下册）旨在为读者提供一个全面且深入的理论框架，以理解半导体材料中的量子力学现象及其在光电子器件中的重要作用。通过对激子、激子-声子耦合以及非线性光学效应的深入剖析，本书不仅能够加深读者对半导体物理的理解，更能启发他们在新一代光电子器件设计和开发中的创新思路。本书的深入内容将有助于研究人员和工程师在光学计算、光通信、光传感、激光器、发光二极管等领域取得突破性进展，推动光电子技术的未来发展。

评分☆☆☆☆☆

最近读完的这本书，简直是打开了我对宇宙万物运作方式的全新视角。作者的叙事功力实在是太了得，他能将那些看似深奥晦涩的物理概念，用一种近乎诗意的语言娓娓道来，让即便是初次接触这些领域的读者也能感受到其中的美妙和逻辑的严谨。我特别欣赏他处理复杂问题时那种抽丝剥茧的耐心，每一个推导、每一种模型的建立，都有着清晰的脉络和坚实的理论基础。这本书不仅仅是在罗列公式和定律，更像是在描绘一幅宏大的物理图景，让我们得以窥见自然界隐藏的精妙设计。读完后，我感觉自己的思维方式都被潜移默化地影响了，看问题不再满足于表象，而是总想追溯到更深层次的原理上去。那种豁然开朗的体验，是其他许多畅销书都无法给予的。书中对于历史背景的梳理也做得非常到位，让我们明白了这些伟大学说并非凭空产生，而是无数先贤智慧的结晶，这更增添了阅读的厚重感。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书中对“边界条件”的处理方式印象极其深刻。作者没有草草带过这些看似技术性的细节，而是花费了大量的篇幅，去深入探讨在不同物理情境下，这些条件如何决定了最终结果的走向。这种对细节的执着和对全局的把控能力，体现了作者深厚的学术功底和极高的教学热情。很多其他同类书籍往往为了追求所谓的“高屋建瓴”而忽略了这些关键的“落地”环节，导致读者在实际应用中常常感到无从下手。但这本书完全不同，它就像一位手把手教你炼金术的导师，每一步都有详尽的解释和明确的指引。读完之后，我感觉自己对许多长期困扰我的概念都有了更扎实、更灵活的理解，不再是死记硬背，而是真正领悟了其背后的逻辑链条。这对于任何想深入研究该领域的人来说，都是无价之宝。

评分☆☆☆☆☆

这本书给予读者的，远超出了书名所暗示的范围。它不仅仅是在介绍某个技术领域的知识，更是在传授一种科学思维的范式。作者在论证过程中展现出的那种严谨的批判性思维，即不断地质疑假设、检验模型的边界，这种态度本身就具有极强的感染力。我注意到，作者在回顾某些经典理论时，并非一味地推崇，而是很坦诚地指出了其在特定条件下的局限性，并引导读者思考如何超越这些局限。这种开放和求真的精神，是任何领域研究者都应该秉持的核心价值。阅读这本书，就像进行了一场高强度的智力训练，它不仅充实了我的知识库，更重要的是，它重塑了我处理未知问题的思维框架，这种内在的提升，比记住任何一个公式都来得更为重要和长久。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，用“酣畅淋漓”来形容都略显不足。它的结构设计非常巧妙，不同章节之间的过渡自然流畅，好像在跟随一位经验丰富的向导，穿越一片知识的丛林。我尤其喜欢作者在阐述关键理论时所采取的类比方法，他总能找到最贴近日常生活的例子，将抽象的数学模型具象化。这极大地降低了理解的门槛，同时也避免了理论的空洞化。更难能可贵的是，作者在保持学术严谨性的同时，从未牺牲掉阅读的趣味性。书中的小插曲和历史轶事穿插得恰到好处，使得冗长的论证过程变得生动起来。对我而言，这不仅仅是一本专业书籍，更像是一部充满智慧和哲思的文学作品。它让人在学习新知的同时，也开始反思我们所处世界的本质，那种被知识的力量所充盈的感觉，让人久久不能平静。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧也值得称赞，这在专业书籍中是比较少见的品质。清晰的字体选择，合理的行距，以及插图和公式的精美呈现，都极大地提升了阅读的舒适度。面对如此密集的知识点，如果排版稍有不慎，很容易让人产生阅读疲劳。但这本书的设计者显然深知读者的需求，使得长时间的深入研读也变得不那么煎熬。更重要的是，书中那些复杂的图表和示意图，绘制得极为精确和清晰，很多时候，一张图胜过千言万语，它们精准地捕捉了理论的核心要义，成为我理解抽象概念的强力拐杖。这种对阅读体验的整体性关注，反映出出版方对知识传播的敬畏之心，让人在敬佩作者学识的同时，也对出版质量倍感信赖。