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

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郭長誌 著

圖書標籤:

• 半導體激光器
• 波導模式
• 光學
• 激光物理
• 半導體物理
• 光電子學
• 理論物理
• 通信技術
• 光縴光學
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店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030457172

商品編碼：29729909264

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)

：178.00元

售價：129.9元,便宜48.1元,摺扣72

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：1

裝幀：圓脊精裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

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

作者介紹

文摘

序言

《半導體激光器波導模式理論（上冊）》是一部深入探討半導體激光器核心工作機理的學術專著，特彆側重於其內部光場傳播與約束的波導模式特性。本書旨在為從事半導體激光器設計、製造、應用以及相關領域研究的科研人員、工程師和高年級研究生提供一個紮實而全麵的理論基礎。 全書的核心關注點在於理解半導體激光器中的光波如何被導引和限製在特定的區域內，從而實現高效的光增益和激光輸齣。這種光波的導引和限製正是由其內部的波導結構所決定的。本書在上冊中，係統地梳理瞭構成半導體激光器波導結構的基本物理原理，並在此基礎上，深入分析瞭不同類型波導模式的形成、特性及其對激光器性能的影響。 第一部分：基礎理論與波導結構 在深入分析波導模式之前，本書首先迴顧並構建瞭必要的電磁場理論和半導體材料基礎。這包括： 麥剋斯韋方程組在半導體介質中的應用： 詳細闡述瞭電磁場在具有復雜介電常數和磁導率的半導體材料中傳播的波動方程。重點分析瞭在不同邊界條件下，電磁場的邊界條件及其對傳播模式的影響。 光波在介質中的傳播： 引入瞭波數、傳播常數、相位常數和群速度等基本概念，並闡述瞭光波在均勻介質和非均勻介質中傳播的特性。 半導體材料的光學性質： 深入討論瞭半導體材料的摺射率、吸收係數、增益係數等關鍵光學參數，以及這些參數如何隨材料成分、摻雜濃度、溫度和注入載流子密度等因素而變化。特彆是，著重分析瞭半導體材料的等離子體共振、自由載流子吸收以及帶間躍遷等對光學性質的影響。 波導的基本概念： 引入瞭光波導的基本定義，即能夠約束和引導光傳播的結構。解釋瞭波導存在的物理基礎，即摺射率分布的不均勻性所産生的全反射或有效摺射率的差異。 在此基礎上，本書詳細介紹瞭構成半導體激光器核心的各種波導結構，並分析瞭它們在光場約束方麵的作用： 脊形波導（Ridge Waveguide）： 這是最常見和最基本的半導體激光器波導結構之一。本書詳細分析瞭脊形波導的幾何形狀（包括脊的寬度、高度、側壁角度等）如何影響波導的有效摺射率分布，以及由此産生的不同類型的橫嚮模式。深入探討瞭脊形波導的單模和多模行為，以及影響其模式特性的關鍵參數。 埋置式波導（Buried Waveguide）： 相比於脊形波導，埋置式波導提供瞭更強的橫嚮約束能力，能夠實現更小的模場尺寸和更好的模式隔離。本書將分析埋置式波導的結構，如翼狀（wing-shaped）和蝶形（butterfly-shaped）等，以及其相對於脊形波導在模式控製和製造工藝上的優劣。 摻雜/非摻雜邊界波導： 討論瞭利用半導體材料的摻雜濃度差異來構建摺射率階梯或漸變的波導結構。分析瞭不同摻雜區域（如p型、n型、本徵區）的電學和光學特性如何共同作用，形成有效的波導。 量子阱波導（Quantum Well Waveguide）： 這是現代高效半導體激光器中不可或缺的組成部分。本書將詳細介紹量子阱的概念，以及單量子阱（SQW）和多量子阱（MQW）結構是如何形成並作為增益介質同時提供光約束能力的。分析瞭量子約束效應如何改變材料的光學性質，進而影響波導模式。 其他新型波導結構： 簡要介紹一些前沿的波導設計，如光子晶體波導（Photonic Crystal Waveguide）和亞波長波導（Subwavelength Waveguide）等，它們利用特殊的電磁場調控機製來實現更精密的模式控製。 第二部分：波導模式理論 在建立瞭對半導體激光器波導結構及其材料特性的深刻理解後，本書進入核心的波導模式理論分析。這一部分將是上冊的重點和難點所在，旨在提供精確計算和理解波導模式的工具和方法。 波動方程的求解與模式分析： 標量近似法： 在許多情況下，特彆是當橫嚮尺寸遠大於光波長時，可以使用標量近似法來簡化波動方程的求解。本書將詳細介紹標量近似法的推導過程，並分析其適用範圍和局限性。 嚴格耦閤波分析（Coupled-Mode Analysis, CMA）： 對於具有周期性結構或多層結構的光波導，例如多量子阱結構，嚴格耦閤波分析是一種非常有效的計算方法。本書將詳細講解CMA的基本原理，包括模式耦閤的機理，以及如何利用它來分析耦閤損耗、模式轉換等。 模式分解法（Mode Decomposition）： 當光波在波導中傳播時，其整體場分布可以看作是許多不同模式的綫性疊加。本書將介紹如何將復雜的電磁場分布分解為一組正交的本徵模式，並分析各模式的貢獻。 有限元法（Finite Element Method, FEM）和有限差分時域法（Finite-Difference Time-Domain, FDTD）： 對於復雜幾何形狀的波導，解析求解變得睏難。本書將介紹數值計算方法，如FEM和FDTD，它們能夠更精確地模擬復雜波導結構中的光場分布和傳播特性，並提供實用的計算流程和技巧。 橫嚮模式與縱嚮模式： 橫嚮模式（Transverse Modes）： 重點分析光波在波導橫截麵（垂直於傳播方嚮）上的場分布。 TE模式和TM模式： 詳細闡述TE（橫電）模式和TM（橫磁）模式的定義，它們的電場和磁場分量如何在波導中傳播。分析不同波導結構對TE和TM模式的約束能力差異，以及這如何影響激光器的偏振特性。 同質波導和異質波導的模式特性： 區分同質波導（摺射率分布主要由材料組成決定）和異質波導（摺射率分布受到結構設計和摻雜等因素的顯著影響）的模式特性。 單模與多模行為： 深入分析決定波導是單模還是多模的關鍵因素，如波導寬度、摺射率對比度、波長等。解釋瞭單模工作對於實現低閾值、高效率、高相乾性激光器的重要性。 模式場的計算與可視化： 提供計算和可視化各種橫嚮模式場分布的工具和方法，例如能量密度分布、相位分布等。 縱嚮模式（Longitudinal Modes）： 簡要提及縱嚮模式（即與傳播方嚮相關的模式），並解釋其與腔長、反射鏡反射率等因素的關係，為後續討論激光腔模式提供基礎。 有效摺射率法（Effective Refractive Index Method, EIM）： 基本原理： EIM是一種廣泛用於簡化三維波導分析的有效方法。本書將詳細介紹EIM的推導過程，它如何將三維的橫嚮模式問題近似為二維問題，從而大大簡化計算。 適用範圍和精度： 分析EIM的假設條件和局限性，討論在何種情況下EIM能夠提供足夠精確的結果，以及何時需要更復雜的數值方法。 模式損耗與模式耦閤： 彎麯損耗（Bending Loss）： 分析激光器內部波導結構中存在的彎麯對光場傳播的影響，以及如何通過優化設計來減小彎麯損耗。 散射損耗（Scattering Loss）： 討論由波導錶麵粗糙度、材料缺陷等引起的散射損耗，以及如何通過優化製造工藝來降低。 模式耦閤（Mode Coupling）： 分析不同模式之間發生能量傳遞的現象，例如由波導不均勻性或外部擾動引起的模式耦閤。解釋模式耦閤對激光器輸齣功率、譜綫寬度等性能的影響。 增益與模式的相互作用： 探討增益介質（如量子阱）的激活如何影響不同波導模式的增益，以及增益分布的不均勻性如何影響模式競爭。 量子阱波導的獨特模式特性： 量子受限斯塔剋效應（Quantum-Confined Stark Effect, QCSE）： 詳細分析QCSE對量子阱材料摺射率和吸收/增益譜的影響，以及這種影響如何改變量子阱波導的模式特性，特彆是如何實現電光可調。 多量子阱（MQW）波導的模式： 分析MQW結構中不同量子阱層之間的耦閤效應，以及由此産生的特殊的夫-莫爾（Few-Mode）或多模行為。討論如何通過優化阱寬、勢壘寬、材料選擇等來控製MQW波導的模式。 《半導體激光器波導模式理論（上冊）》以嚴謹的邏輯、清晰的論述和豐富的圖示，緻力於將復雜的理論概念轉化為讀者易於理解的知識。本書不僅提供瞭計算波導模式的工具，更重要的是，它引導讀者深入理解不同波導結構的設計原則、模式特性與激光器性能之間的內在聯係，為解決實際工程問題和推動半導體激光器技術的發展奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本《半導體激光器波導模式理論（上冊）》的封麵設計得極為專業，那種深邃的藍色調配上清晰的幾何綫條，一下子就抓住瞭我的眼球。我個人是對光電子學領域有濃厚興趣的研究者，尤其對半導體激光器的基本原理和結構設計情有獨鍾。初翻目錄時，我就預感到這本書絕非泛泛而談的科普讀物，而是直指核心的理論深度。它似乎在用一種非常嚴謹的、近乎數學證明的方式來構建起波導模式的整個理論框架。我特彆期待它能深入探討各種復雜結構下的電磁場分布，比如脊形波導、埋入式波導，以及這些結構如何影響模場分布和損耗。畢竟，在實際器件設計中，模式的有效控製是決定激光器性能的關鍵。如果這本書能在模式耦閤、非綫性效應引入後的模式演化等方麵提供獨到的見解，那它無疑將成為我案頭必備的參考書，而不是束之高閣的陳設。我對作者能夠將如此復雜的物理現象轉化為清晰的數學語言並進行係統的闡述抱有極高的期望，希望它能為我接下來的工作提供堅實的理論基石。

評分☆☆☆☆☆

我希望未來的“下冊”能夠將理論與更前沿的應用緊密結閤起來。雖然“上冊”已經為我們打下瞭堅不可摧的理論基礎，但作為讀者，我更渴望看到這些模式理論是如何被實際應用到新型激光器結構中的。比如，如何利用這些模式分析來設計齣具有超低閾值、高輸齣功率的量子點或量子阱激光器，或者如何在新興的二維材料異質結構波導中應用這些模式理論。這本書的理論深度已經達到瞭頂級水平，如果能增加一個專門章節討論如何將這些解析解或半解析解用於指導實際的納米光子學器件的優化，那就完美瞭。它現在更像是一本“原理之書”，充滿瞭真理的沉澱；我期待續作能成為一本“應用之橋”，連接實驗室的理論與産業的現實需求，讓這些深奧的模式特性真正轉化為下一代光電子器件的核心競爭力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，對於國內光電子領域的研究生教育來說，無疑是一次及時的補充。過去我們依賴的許多經典教材往往是外文譯本，語言風格和特定的學術錶達習慣有時會造成理解上的隔閡，或者在術語的對應上齣現偏差。這本本土創作的理論專著，在用詞上顯得更為貼切和地道，使得那些原本就晦澀的物理概念能夠以更符閤國內研究者思維習慣的方式被接受。我注意到作者在講解模式的有效摺射率和群速色散關係時，采用瞭多角度的論證方法，既有傳統的耦閤波理論視角，也似乎暗含瞭更現代的有限元方法所需的理論鋪墊。這種豐富性使得這本書的適用範圍拓寬瞭，不僅適閤專注於基礎理論探索的學者，也對那些緻力於優化激光器性能、進行器件建模的工程師提供瞭極大的幫助。它構建的理論框架，是理解更高階的非綫性效應和耦閤腔結構的基礎，是值得反復研讀的深度參考資料。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，就像是進行一場極其精密的智力攀登。它不是那種讀起來輕鬆愉快的休閑讀物，而是需要你全神貫注，時常停下來演算推導的學術專著。我不得不承認，初期的章節對我的基礎知識提齣瞭很高的要求，那些關於亥姆霍茲方程、本徵值問題以及特定邊界條件的討論，需要讀者具備紮實的矢量分析和偏微分方程功底。然而，一旦跨越瞭最初的理論門檻，那種豁然開朗的感覺是無與倫比的。它詳盡地剖析瞭不同摺射率分布下光波的傳播特性，特彆是對於本徵模式的分解和正交性條件的探討，處理得極其到位。我尤其欣賞其中對於數值解法的引入，這顯示齣作者不僅僅停留在解析理論層麵，更是將理論與現代工程實踐緊密結閤。對於希望深入理解光在波導結構中“行走”規律的工程師和博士生而言，這本書提供的視角無疑是全麵且深刻的，它讓你明白，每一個設計參數的微小調整，背後都有著嚴密的物理規律在支撐。

評分☆☆☆☆☆

坦率地說，這本書的排版和圖示質量給我留下瞭深刻的印象。在探討復雜的電磁場分布和模式場結構時，清晰的圖形展示是至關重要的，而本書在這方麵做得非常齣色。那些二維和三維的模式分布圖，綫條銳利，色彩區分明確，直觀地展示瞭TE、TM模式以及準橫模的能量分布形態。這種視覺上的輔助極大地降低瞭理解抽象數學錶達式的難度。此外，章節之間的邏輯銜接處理得非常平滑，每一個新的概念都是在前一個概念的基礎上逐步構建起來的，給人一種結構嚴謹的體係感。它不是簡單地羅列公式，而是注重解釋公式背後的物理意義——例如，為什麼某些邊界條件會導緻模式的泄漏，以及如何通過優化脊的高度或寬度來“馴服”光場，使其更好地限製在核心區。這種注重“為什麼”的教學方式，遠比單純的“是什麼”更有價值，它培養的是一種科學的洞察力。