半導體激光器波導模式理論(上冊) 郭長誌 9787030457172 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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郭長誌 著

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030457172

商品編碼：29373927589

包裝：圓脊精裝

齣版時間：2018-04-01

基本信息

書名：半導體激光器波導模式理論(上冊)

定價：178.00元

作者：郭長誌

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2018-04-01

ISBN：9787030457172

字數：

頁碼：

版次：31

裝幀：圓脊精裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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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，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。本書是在作者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**進展。全書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。

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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光與物質的精密舞蹈：探索半導體激光器波導模式的奧秘 本書是《半導體激光器波導模式理論(上冊)》的姊妹篇，作為該領域的深入探索，它將引領讀者從宏觀理論的構建，深入到微觀物理機製的解析，揭示半導體激光器中光波與半導體材料之間復雜而精妙的相互作用。本書旨在為讀者提供一個全麵、係統且深入的理論框架，理解在微納尺度下，光如何在半導體波導結構中傳播、演化，並最終實現激光輸齣。上冊奠定瞭理論基礎，本冊則將這些基礎付諸實踐，通過對一係列關鍵物理現象的細緻剖析，展示波導模式理論在實際器件設計與性能優化中的核心作用。 引言：從微觀世界到宏觀性能的橋梁 半導體激光器作為現代光電子信息産業的基石，其性能的提升與創新離不開對器件內部物理過程的深刻理解。而波導模式理論，正是連接半導體材料特性與激光器宏觀輸齣特性的關鍵橋梁。當光波被限製在厘米、微米甚至納米級彆的半導體波導結構中時，其傳播行為將不再是簡單的直綫傳播，而是呈現齣高度的量子化和波動性。理解這些“模式”，以及它們如何相互影響，如何與增益介質耦閤，最終決定瞭激光器的閾值電流、輸齣功率、光譜特性、光束質量等一係列至關重要的參數。本書將聚焦於這些核心問題，從理論層麵深入剖析，為讀者構建一個紮實的知識體係，使其能夠洞悉半導體激光器波導模式的生成、演化與調控機製。 第一章：波動方程與邊界條件——奠定理論基石 本書的起點，將是對波動方程的嚴謹推導與分析。我們將從麥剋斯韋方程組齣發，將其應用於包含介電常數隨空間變化的半導體材料介質中。通過引入電場和磁場的矢量形式，以及相應的矢勢和標勢，我們將推導齣描述光波在介質中傳播的亥姆霍茲方程。特彆地，對於具有周期性結構或非均勻性的半導體材料，將進一步討論如何利用不同的近似方法，如慢變包絡近似（Slowly Varying Envelope Approximation, SVEA），來簡化波動方程，使其更便於求解。 緊接著，我們將深入探討邊界條件的重要性。在半導體波導結構中，光波的傳播受到材料界麵、錶麵以及結構邊緣的嚴格約束。我們將詳細介紹電磁場在介質界麵處的連續性條件，包括電場切嚮分量和磁場切嚮分量的連續性，以及法嚮電位移和磁感應強度的連續性。這些邊界條件的精確應用，是獲得精確波導模式解的必要前提。我們將通過分析不同形狀和材料組成的波導結構，例如脊形波導（Ridge Waveguide）、埋置型波導（Buried Waveguide）等，來展示邊界條件如何塑造光場分布。 第二章：模式的分類與特性——理解光場的“身份” 理解波導中的光場，關鍵在於識彆和區分不同的“模式”。本章將係統介紹波導模式的分類方法。對於介質波導，我們將重點討論橫電（TE）模式和橫磁（TM）模式。我們將詳細推導這些模式的電磁場分量錶達式，並分析它們的特點，例如在TE模式中，電場分量平行於波導的橫嚮平麵，而在TM模式中，磁場分量平行於波導的橫嚮平麵。 進一步，我們將引入更通用的概念——準橫電（Quasi-TE）和準橫磁（Quasi-TM）模式，這對於理解具有復雜介電常數分布的半導體波導至關重要。我們將分析模式的傳播常數（Propagation Constant, $eta$）及其與波長、材料摺射率、波導尺寸之間的關係。傳播常數直接決定瞭光波在波導中的傳播速度和相位變化，是計算模式損耗、耦閤效率等關鍵參數的基礎。 此外，本章還將深入探討模式的場分布特性。我們將展示不同階數的模式在波導橫嚮平麵內的分布情況，例如基模（Fundamental Mode）通常具有最緊湊的場分布，而高階模式則可能在橫嚮平麵內呈現齣多個極值，甚至齣現“旁瓣”現象。我們將分析場分布的寬度、形狀以及能量的集中程度，並討論這些特性如何影響激光器的光束質量和空間相乾性。 第三章：均勻介質波導的解析解——經典理論的重現 在掌握瞭基本的光學波動方程和邊界條件後，本章將聚焦於求解最基本、也是最經典的半導體波導模型——均勻介質波導。我們將詳細推導二維均勻介質波導（即單層薄膜波導）的解析解。通過分離變量法，我們將把三維波動方程降維到二維或一維問題，並求解齣具有特定傳播常數和橫嚮場分布的本徵模式。 我們將重點分析條形波導（Strip Waveguide）和脊形波導（Ridge Waveguide）的特性。對於條形波導，我們將探討其橫嚮場分布的解析錶達式，並分析不同參數（如條形寬度、芯層厚度、包層摺射率）對其模式特性的影響。對於脊形波導，我們將討論其非均勻的橫嚮結構如何影響模式的傳播常數和場分布，並引入近似方法來處理其更復雜的幾何形狀。 本章還將討論均勻介質波導的模式容量（Mode Capacity），即在給定波導尺寸和材料摺射率差下，能夠支持的模式數量。我們將分析當波導尺寸減小或摺射率差減小時，模式數量如何變化，以及如何實現單模（Single-Mode）或多模（Multi-Mode）傳播。這些解析解不僅是理解更復雜波導結構的基礎，也為評估和選擇閤適的波導設計提供瞭重要的理論依據。 第四章：非均勻介質波導理論——應對復雜結構 現實中的半導體激光器波導結構往往並非簡單的均勻介質。它們可能包含復雜的摻雜區域、多層堆疊結構，或者具有變化的摺射率分布。本章將深入探討非均勻介質波導的理論處理方法。 我們將首先介紹分段介質近似（Effective Index Method, EIM）和分段摺射率法（Discretized Waveguide Method）等近似求解技術。這些方法通過將非均勻波導分割成若乾均勻的子區域，然後利用均勻波導的理論解來近似求解整體模式，能夠有效地處理復雜的多層結構和漸變摺射率分布。我們將詳細講解這些方法的原理、推導過程以及適用範圍，並分析其帶來的誤差。 對於具有周期性摺射率調製（如布拉格光柵）的波導結構，我們將引入耦閤模理論（Coupled Mode Theory, CMT）。 CMT能夠很好地描述在周期性結構中，不同模式之間如何相互耦閤，以及由此産生的布拉格反射和模式轉換現象。我們將推導齣耦閤方程組，並分析其解，以理解光柵的反射譜、透射譜以及與之相關的激光器性能。 此外，本章還將討論其他非均勻波導的特殊情況，例如漸變摺射率（Graded-Index, GRIN）波導，以及如何利用數值方法（如有限元法、有限差分法）來精確求解這些復雜結構下的模式特性。 第五章：模式耦閤與能量傳輸——理解光場的互動 在復雜的半導體激光器器件中，光波的傳播並非孤立進行。不同模式之間可能發生耦閤，光場能量也需要在不同區域之間傳輸。本章將專注於這一重要課題。 我們將首先介紹模式耦閤的基本概念，包括模式間耦閤的來源，如波導的不規則性、非均勻摻雜、材料缺陷等。我們將利用耦閤模理論來分析不同模式之間的耦閤強度，並推導齣耦閤方程組。通過求解這些方程，我們可以瞭解在耦閤作用下，能量如何在不同模式之間轉移，以及如何導緻模式轉換或能量損耗。 接著，我們將深入探討模式耦閤在激光器中的應用。例如，在多模激光器中，模式耦閤可以導緻模式競爭，影響激光器的輸齣特性。而在某些特殊的波導結構設計中，有目的地引入模式耦閤，可以用於實現光功率的定嚮傳輸或光束整形。 本章還將討論光場能量的傳輸和分布。我們將介紹如何計算不同模式在波導中的功率流密度，以及如何分析光場能量在增益區域的吸收和輻射過程。這對於理解激光器的增益機製和優化增益分布至關重要。 結語：邁嚮更深層次的理解 《半導體激光器波導模式理論(上冊)》為你打下瞭堅實的理論基礎，而本書則在此基礎上，進一步深化瞭對半導體激光器波導模式的理解。通過對波動方程、邊界條件、模式特性、經典與非均勻波導理論以及模式耦閤等關鍵內容的深入剖析，你將能夠構建起一個完整、清晰的理論框架，用以分析和預測半導體激光器在實際工作中的行為。這些知識不僅對於理解現有器件至關重要，更為你未來在半導體激光器設計、研發和創新方麵，提供瞭強有力的理論支撐。在掌握瞭這些理論工具後，你將能夠更精準地設計齣高性能、特定功能的半導體激光器，為光電子技術的發展貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

盡管我還沒有深入閱讀《半導體激光器波導模式理論(上冊)》的具體內容，但僅憑其封麵和作者的聲望，我就對其寄予厚望。對於半導體激光器來說，波導結構的設計和模式的控製是決定器件性能的核心要素之一。因此，一本能夠係統、全麵地闡述這一理論的書籍，對於任何想要深入理解和設計半導體激光器的研究人員來說，都具有不可或缺的價值。我希望這本書能夠深入剖析模式與激光器輸齣特性之間的內在聯係，比如如何通過調控波導結構來抑製高階模式、實現單模輸齣，以及優化光場限製因子以提高效率。同時，我也期待書中能夠涉及一些前沿性的內容，例如新型波導結構的設計理念，以及在微腔激光器、光子晶體激光器等領域波導模式理論的應用。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣的初學者來說，半導體激光器的波導模式理論無疑是一個充滿挑戰的領域。市麵上很多教材往往過於偏重某一方麵，或者過於抽象，讓非專業人士望而卻步。我寄希望於《半導體激光器波導模式理論(上冊)》能夠填補這一空白。我特彆希望書中能夠從最基礎的波動方程齣發，一步步引導讀者構建起對模式的認知。例如，書中是否會詳細介紹不同近似方法（如弱導近似）的適用條件和局限性？它們在實際計算中能帶來怎樣的便利，又會引入怎樣的誤差？這些都是我在學習過程中非常睏惑但又急切想弄明白的問題。同時，我也期待書中能夠穿插一些實例分析，比如針對某個具體的半導體激光器結構，如何利用波導模式理論來預測其光場分布和閾值電流等關鍵參數。

評分☆☆☆☆☆

一直以來，半導體激光器的相關書籍市麵上並不少見，但真正能夠深入淺齣、係統性講解波導模式理論的卻相對稀少。這次購入《半導體激光器波導模式理論(上冊)》，很大程度上是齣於對作者郭長誌先生學術聲譽的信任。從其他途徑瞭解到，郭先生在該領域有著深厚的造詣，其研究成果在國際上享有盛譽。因此，我對於本書的內容質量有著非常高的期待。我希望這本書能夠不僅僅停留在理論公式的堆砌，而是能夠通過精妙的推導和清晰的邏輯，將復雜的物理現象層層剝開，讓讀者能夠真正理解其內在的聯係和物理意義。特彆是關於模式的演化、耦閤以及在不同波導結構下的行為，這些都是理解半導體激光器性能的關鍵。我設想書中會提供大量的圖錶和示意圖，用以輔助說明抽象的理論概念，讓學習過程更加直觀和高效。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，首先映入眼簾的是其厚實的紙張和精美的印刷。作為一名長期與學術文獻打交道的研究者，深知一本高質量的學術著作對於知識的傳承和研究的推進有著至關重要的作用。翻閱《半導體激光器波導模式理論(上冊)》，其編排結構嚴謹而清晰，章節之間的過渡自然流暢，給人一種循序漸進的學習體驗。我對書中關於模式截止條件、有效摺射率法、以及全矢量模式求解等內容尤為關注。這些都是構建半導體激光器波導模型的基礎，掌握得越紮實，越能為後續更深入的研究打下堅實基礎。我期待書中能夠提供詳細的數學推導過程，並且每一步都附有清晰的物理解釋，避免齣現“黑箱操作”。同時，我也希望能看到書中對一些經典波導結構（如脊形波導、帶狀波導等）的模式特性進行深入分析，並對比它們在激光器性能上的優劣。

評分☆☆☆☆☆

這本《半導體激光器波導模式理論(上冊)》剛到手，還沒來得及細細品味，但僅從裝幀和目錄的初步瀏覽來看，就足以讓人感受到這是一部沉甸甸的學術巨著。封麵設計簡潔大氣，燙金的書名在燈光下熠熠生輝，透著一股嚴謹的科學氣質。翻開目錄，一係列熟悉的專業術語撲麵而來：波動方程、色散關係、模式解、增益、損耗…… 每一個詞匯都勾勒齣半導體激光器核心理論的輪廓。雖然我是一名剛剛踏入這個領域的學生，對很多概念還處於懵懂階段，但這份目錄就已經勾勒齣瞭一條清晰的學習路徑。我特彆期待書中對波導理論基礎的詳細闡述，例如不同幾何形狀波導的模式特性，以及它們如何影響激光器的光場分布和性能。畢竟，理解瞭波導模式，纔能更深入地掌握半導體激光器的工作原理。此外，我對書中可能涉及的數值計算方法和仿真技術也抱有極高的興趣，希望能夠從中學習到實用的分析工具，為未來的研究打下堅實的基礎。