半导体激光器速率方程理论（下册） 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
• 速率方程
• 激光物理
• 光电子学
• 半导体物理
• 激光器理论
• 非线性光学
• 光通信
• 半导体器件
• 量子电子学

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030479020

版次：1

商品编码：11963172

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-06-01

用纸：胶版纸

内容简介

　　本书分三章，第一章详细讨论半导体异质结构的注入(激发)及其电流机制、能带图表述、并着重探讨与新近垂直腔面发射激光器的发展密切相关的多层同型异质结理论。同时也为速率方程理论的建立提供坚实的物理和理论背景，并打好编程计算的基础。第二章建立为光子与电子相互作用作微观唯象表述的速率方程组、详细探讨光限制因子的全量子理论、并讨论电子和光子相互作用动平衡静态解，如阈值及其无阈值微腔效应、光功率-电流特性、端面返射、激光模式及其出射光束结构、模式竞争和转换等静态现象。第三章则将深入探讨半导体激光器包括激射延迟、激光过冲、和张弛振荡三个基本过程的瞬态行为、小信号的电流、光流、和微波加热三种调制方式及其调制带宽的理论、控制、和设计。大信号简谐调制及其调制带宽、脉码调制及其眼图的行为、不稳定和双稳态现象、振幅和相位噪音、抖动等随机过程及其与谱线宽度的关系等动力学行为及其控制、设计、和应用

前言/序言

半导体激光器速率方程理论（下册） 内容梗概 《半导体激光器速率方程理论（下册）》深入探讨半导体激光器动力学和非线性特性的理论框架，尤其侧重于实际应用中遇到的复杂问题和先进技术。本书建立在上册对速率方程基本理论的详细阐述之上，将速率方程的理论模型与实际的器件设计、性能优化以及前沿应用紧密结合。 核心章节及内容 第一部分：复杂速率方程模型的构建与分析 章（非线性效应与速率方程）： 载流子寿命与复合过程： 详细分析辐射复合、俄歇复合、陷阱辅助复合（Shockley-Read-Hall复合）等对载流子寿命的影响。深入讨论不同复合机制在不同注入密度下的相对重要性，以及它们如何引入非线性行为。引入微观能级结构、缺陷态密度等参数对复合速率的量化影响。 光子损耗与增益饱和： 详细阐述激光腔内的光子损耗机理，包括镜面反射损耗、导波损耗、吸收损耗等。深入分析光子密度对增益的依赖关系，特别是增益饱和现象。引入增益压缩因子、载流子依赖增益等概念，建立更精确的增益模型。 高阶非线性效应： 探讨载流子动力学和光场之间的更高阶耦合，例如载流子动力学引起的折射率变化（载流子依赖折射率）及其对模式竞争、频率抖动的影响。分析光场引起的量子力学效应，如光谱燃烧（spectral hole burning）和线宽增强因子（linewidth enhancement factor, LWE）的物理机制和对激光器性能的影响。 章（多模动力学）： 多模激光器的速率方程： 扩展单模速率方程模型，引入多个纵模和横模的速率方程。分析不同模式之间的增益竞争和相位耦合。 模式竞争与稳定性： 详细研究模式竞争的产生机制，以及导致单模激射或多模激射的条件。分析稳定多模激射的条件和非线性耦合对模式稳定性的影响。 模式跳变与光谱特性： 探讨在不同工作条件下（如注入电流变化、温度变化）可能发生的模式跳变现象。分析模式跳变对激光输出光谱稳定性的影响，以及如何通过器件设计来抑制模式跳变。 章（延迟动力学与混沌）： 延迟动力学的引入： 详细讨论激光腔的往返时间所引入的延迟效应，以及该延迟如何影响速率方程的动态行为。引入具有时滞的微分方程模型。 延迟动力学现象： 分析延迟所引起的各种非线性动力学现象，如周期振荡、倍周期分岔、混沌行为等。详细阐述混沌激光器的产生条件、特征及其诱发机制。 混沌信号的表征与控制： 介绍表征混沌信号的常用方法，如相空间重构、Lyapunov指数计算、分形维度分析等。讨论混沌激光器的潜在应用（如通信、伪随机数生成）以及抑制或利用混沌的方法。 第二部分：速率方程理论在器件设计与应用中的拓展 章（量子阱与量子点激光器）： 量子效应与速率方程： 引入量子力学概念，分析量子阱（QW）和量子点（QD）结构中载流子的能量量子化对密度 of states (DOS) 的影响，以及如何修正传统速率方程中的复合速率和增益模型。 量子阱激光器动力学： 详细分析量子阱激光器的载流子寿命、增益饱和特性，以及多量子阱（MQW）结构对性能的影响。探讨阱宽、阱数、势垒材料等参数对激射阈值、转换效率和光谱特性的作用。 量子点激光器动力学： 深入研究量子点激光器的独特动力学行为，如本征线宽窄、低阈值电流、高温度稳定性等。分析量子点尺寸、分布、载流子捕获和再发射过程对速率方程的影响。讨论量子点堆叠和点密度对器件性能的调控。 章（分布式反馈（DFB）和分布式布拉格反射（DBR）激光器）： 周期性结构与速率方程： 引入耦合波理论（Coupled Wave Theory）和周期性折射率分布对激光器模式选择性的影响。分析DFB/DBR结构如何通过光栅耦合实现纵向模式锁定。 DFB/DBR激光器的速率方程模型： 构建考虑光栅耦合效应的速率方程模型。分析光栅参数（如耦合系数、相位突变）对激射阈值、边模抑制比（SMSR）和光谱纯度的影响。 DFB/DBR激光器的高级特性： 探讨DFB/DBR激光器在高速调制、频率扫描、相干通信等应用中的速率方程描述。分析注入锁定、外部腔反馈等对DFB/DBR激光器动力学的影响。 章（掺镱/掺铒光纤激光器与放大器）： 稀土离子掺杂与能级模型： 引入稀土离子（如Er3+, Yb3+）的能级结构、吸收截面、发射截面、寿命等参数。建立描述稀土离子激发和退激发过程的速率方程。 光纤激光器/放大器速率方程： 结合光纤波导特性和稀土离子动力学，建立描述光纤激光器和放大器的速率方程模型。分析泵浦功率、掺杂浓度、光纤长度、腔体损耗等对输出功率、增益、饱和功率的影响。 非线性效应与光谱特性： 讨论光纤内可能出现的非线性效应（如受激拉曼散射、受激布里渊散射、四波混频）以及它们对光纤激光器/放大器输出特性的影响。分析多波长工作、超连续谱产生等复杂现象。 章（速率方程模型的数值模拟与应用）： 数值方法： 介绍求解速率方程的常用数值方法，如欧拉法、龙格-库塔法、有限差分法等。分析不同数值方法的优缺点和适用范围。 仿真软件与平台： 介绍常用的半导体激光器仿真软件（如Lumerical、COMSOL、Silvaco等）以及其在速率方程模型求解中的应用。 案例研究与应用： 通过具体的器件设计和性能优化案例，展示如何利用速率方程理论和数值模拟来指导实际工程。例如： 高速光通信激光器设计： 如何通过速率方程分析优化调制速率、降低啁啾。 光纤传感激光器设计： 如何设计对外界环境敏感的激光器。 功率型激光器设计： 如何在高注入电流下维持高效率和稳定性。 集成光电子器件： 速率方程在评估集成激光器与调制器耦合动力学中的作用。 本书特色 理论深度与实践导向的结合： 本书在深入阐述速率方程理论精髓的同时，高度关注理论模型与实际半导体激光器器件的性能表现之间的关联。 全面的模型覆盖： 涵盖了从基础的单模速率方程到更复杂的考虑多模、延迟、量子效应以及特殊结构（如DFB、量子点）的速率方程模型。 丰富的应用视角： 提供了速率方程理论在光通信、光传感、激光雷达、微纳光学等多个前沿领域的应用案例和分析思路。 严谨的数学推导与清晰的物理阐释： 在数学推导上力求严谨，同时通过深入的物理机制阐释，帮助读者理解模型背后的本质。 为研究者和工程师提供宝贵参考： 本书不仅适合高等院校相关专业的研究生和高年级本科生，也为从事半导体激光器研发、设计和应用的工程师提供了不可或缺的理论指导和工具。 《半导体激光器速率方程理论（下册）》旨在为读者提供一个全面、深入且实用的理论框架，以理解和预测半导体激光器的复杂行为，并为设计和开发新一代高性能半导体激光器提供坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

在众多技术书籍中，一本名为《半导体激光器速率方程理论（下册）》的书吸引了我的目光。我通常不是那种会轻易购买技术书籍的人，除非它承诺能给我带来真正突破性的见解。从书名来看，它似乎是关于半导体激光器工作原理的深度探索，特别是速率方程这一核心概念。我很好奇，在“上册”奠定的基础上，“下册”究竟会为我们揭示哪些更复杂、更精妙的理论。我脑海中浮现出各种各样的疑问：是否会涉及非线性效应？对于瞬态响应的分析会达到怎样的程度？在考虑温度、注入电流等实际参数变化时，速率方程又会呈现出怎样的复杂性？我特别关注的是，本书是否会提供一些关于实际器件设计或性能优化的指导。毕竟，纯粹的理论如果没有与工程实践相结合，其价值会大打折扣。这本书的厚度也暗示着内容的丰富性，我期待它能覆盖从基本概念到高级应用的广泛范围。或许，它能帮助我理解为何某些半导体激光器在特定条件下会表现出噪声，或者如何通过调整参数来抑制模式竞争，实现更稳定的输出。这本书，对我而言，是一个值得深入研究的课题，是一个能够系统性提升我在这方面知识储备的宝贵资源。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我第一次注意到《半导体激光器速率方程理论（下册）》这本书，是因为它被放置在一个我很少涉足的专业区域。我通常更喜欢阅读那些与我当前工作领域稍微有些联系的书籍，但这本书的标题却意外地引起了我的好奇心。我虽然不是半导体激光器领域的专家，但对“速率方程”这个词汇总有一种莫名的好感，因为它听起来就像是描述事物“速度”和“变化”的方程，这在物理学和工程学中往往意味着对动态过程的深入理解。我猜测，这本书的“下册”一定是在“上册”的基础上，对速率方程的推导、应用和延伸做了更深入的探讨。我期待它能解释一些更复杂的物理现象，比如不同类型的速率方程（例如，是否考虑了多模、偏振效应等）以及它们如何被用来模拟和预测激光器的性能。同时，我也对它是否会涉及一些高级的数值分析方法，或者如何将这些理论应用于实际的激光器设计和优化感到好奇。也许，这本书能帮助我理解那些在科学论文中反复出现的关于激光器动态特性的描述，从而更好地解读最新的研究进展。它的存在，就像一个等待被发掘的宝藏，吸引着我去探索其中隐藏的智慧。

评分☆☆☆☆☆

我是一个对光学领域，特别是与光通信相关的技术充满兴趣的读者。当我在书店看到《半导体激光器速率方程理论（下册）》这本书时，我的第一反应就是它可能包含了许多我一直想深入了解的内容。虽然我对“速率方程”这个概念有一定程度的了解，但我知道这只是冰山一角。我设想，这本书的“下册”会更侧重于速率方程在分析各种复杂激光器行为中的应用，例如，是否会详细讨论多模激光器的速率方程模型，或者如何利用它来理解和抑制激光器的模式竞争？我尤其关注这本书是否会涉及一些与现代高速光通信系统相关的半导体激光器特性，比如啁啾、动态线宽、以及眼图等参数的速率方程解释。此外，我也希望书中能提供一些实际的案例研究，展示如何通过调整器件结构或工作参数来优化激光器的性能，以满足日益增长的通信带宽需求。这本书的厚度和其定位，让我认为它不仅仅是理论的罗列，更可能是一本能够指导实际工程实践的宝典，帮助我理解那些隐藏在高速数据传输背后的光学原理。

评分☆☆☆☆☆

一本厚重的书静静地躺在我的书架上，书名是《半导体激光器速率方程理论（下册）》。虽然我还没来得及翻开它，但光是它的存在，就足以引发我无限的遐想。我一直对信息科技的底层逻辑着迷，而半导体激光器无疑是光纤通信、激光雷达、甚至未来量子计算等领域的核心驱动力。这本书的标题直接点明了其研究的深度和广度——速率方程，这是理解激光器动态行为的基石。我设想着，在接下来的日子里，我将沉浸在那些精妙的数学公式和严谨的物理推导之中，逐步揭开半导体激光器内部那个微观而神奇的世界。从激发态粒子数到光子密度，再到各种损耗机制，我期待着书中能够详细阐述这些关键物理量的相互作用，以及它们是如何共同塑造激光器输出特性的。更重要的是，我希望它能不仅仅停留在理论层面，而是能引申到实际应用中的一些挑战和解决方案，比如如何提高激光器的稳定性、效率，或者如何设计出特定功能的激光器。这本书，对我来说，不仅仅是一本学术著作，更像是一把钥匙，等待着我去开启通往更深层次理解的大门。它的分量，无论是物理上的，还是知识上的，都让我感到一种莫名的敬畏与期待。

评分☆☆☆☆☆

最近，我留意到了一本名为《半导体激光器速率方程理论（下册）》的书。作为一个对现代科技发展背后的物理原理抱有极大好奇心的人，我对这本书的标题感到非常着迷。我理解，“速率方程”是描述激光器内部粒子和光子数随时间变化的数学模型，是理解激光器工作特性的核心工具。而“下册”则意味着这本书会深入探讨更高级、更复杂的主题。我猜想，它可能会涉及对速率方程的更精确的推导，加入更多的物理因素，比如增益饱和、载流子依赖的折射率变化、甚至温度效应的影响。我也期待书中能够解释不同类型的半导体激光器，如DFB激光器、VCSELs等，在速率方程模型上的差异和特殊之处。更重要的是，我希望这本书能够提供一些关于如何利用速率方程来理解和解决实际工程问题的方法，比如如何设计出具有特定调制速率的激光器，或者如何分析和抑制激光器的跳模现象。这本书的出现，对于我来说，是一个系统性地学习半导体激光器动态行为的绝佳机会，它承诺着能够带我进入一个更加精深和富有洞察力的理论世界。