光电子器件设计建模与仿真 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李洵 著，李蔚，陈四海 等 译

图书标签:

• 光电子器件
• 器件设计
• 建模仿真
• 光电子技术
• 半导体光电器件
• 光学仿真
• COMSOL
• Lumerical
• 微光子学
• 集成光子学

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030414106

版次：31

商品编码：12383372

包装：平装

丛书名： 国外信息科学与技术优秀图书系列

开本：32开

出版时间：2018-06-01

页数：332

正文语种：中文

内容简介

本书系统介绍半导体光电子器件设计中的物理模型和数值分析方法。全

书共12章，主要分为三部分。第一部分为第2～5章，涵盖光电子器件中描

述各相关物理过程的主导方程的推导和解释；第二部分为第6～9章，介绍

第一部分所涉及的主导方程的数值求解技术，并讲解将其整合应用于器件仿

真中的方法；第三部分为第10～12章，提供基于前述建模和求解技术的光

电子器件设计与仿真实例，包括半导体激光器、电吸收调制器、半导体光放

大器、超辐射发光二极管等，以及这些器件的单片集成。

光电子器件设计建模与仿真 目录 第一章 引论 1.1 光电子器件的时代背景与发展趋势 1.2 光电子器件在现代科技中的地位与应用 1.3 本书的研究内容与章节安排 1.4 本书的特色与创新点 第二章 半导体物理基础 2.1 晶体结构与能带理论 2.1.1 周期性势场与布里渊区 2.1.2 绝缘体、半导体与导体的区分 2.1.3 费米能级与载流子统计 2.2 PN结理论 2.2.1 PN结的形成与载流子扩散 2.2.2 内建电场与势垒电容 2.2.3 PN结在外加电压下的特性（正偏、反偏） 2.3 杂质与掺杂 2.3.1 N型与P型半导体 2.3.2 掺杂浓度对载流子浓度的影响 2.3.3 功函数与金属-半导体接触 2.4 载流子输运机制 2.4.1 漂移与扩散 2.4.2 迁移率与导电性 2.4.3 复合与产生过程 2.5 半导体材料的基本特性 2.5.1 禁带宽度与光吸收/发射 2.5.2 载流子寿命与表面效应 2.5.3 常见的半导体材料（Si, Ge, GaAs, GaN, InP等）及其特性 第三章 光电子效应原理 3.1 光电导效应 3.1.1 光生载流子的产生与收集 3.1.2 光电导率的变化与响应时间 3.1.3 光电导探测器的基本结构与性能参数 3.2 光伏效应 3.2.1 PN结或PIN结中的光伏效应 3.2.2 光生电压与光生电流 3.2.3 光伏器件（太阳能电池）的基本原理 3.3 光致发光效应 3.3.1 载流子复合发光机制（辐射复合） 3.3.2 发光效率与光谱特性 3.3.3 发光材料与量子效率 3.4 电致发光效应 3.4.1 载流子注入与复合发光 3.4.2 LED的发光原理与器件结构 3.4.3 发光颜色与亮度的调控 3.5 光吸收与增益机制 3.5.1 光吸收系数与半导体材料 3.5.2 吸收谱与带隙调控 3.5.3 增益材料与放大机理 第四章 光电子器件基本结构与工作原理 4.1 光探测器 4.1.1 PIN光电二极管 4.1.1.1 器件结构与工作原理 4.1.1.2 性能指标：响应度、量子效率、带宽、噪声 4.1.1.3 应用领域：光通信、传感、成像 4.1.2 雪崩光电二极管 (APD) 4.1.2.1 内部增益机制：倍增效应 4.1.2.2 性能指标：增益、噪声系数 4.1.2.3 应用领域：长距离光通信、低光照度探测 4.1.3 光电导探测器 4.1.3.1 工作原理与结构 4.1.3.2 响应速度与灵敏度 4.1.3.3 应用：红外探测、成像 4.1.4 光电晶体管 (Phototransistor) 4.1.4.1 基本结构与光控功能 4.1.4.2 灵敏度与响应时间 4.1.4.3 应用：光耦合器、光传感器 4.2 光发射器 4.2.1 发光二极管 (LED) 4.2.1.1 结构与发光机理（PN结、异质结、量子阱） 4.2.1.2 发光颜色与效率调控 4.2.1.3 应用：照明、显示、信号指示 4.2.2 半导体激光器 (Semiconductor Laser Diode) 4.2.2.1 激光产生的条件：粒子数反转与光学谐振腔 4.2.2.2 激光器结构（DFB, DBR, VCSEL） 4.2.2.3 性能指标：阈值电流、输出功率、光谱宽度、稳定性 4.2.2.4 应用：光通信、光存储、医疗、工业 4.3 光调制器 4.3.1 电光调制器 4.3.1.1 电光效应（Pockels效应、Kerr效应） 4.3.1.2 调制原理与结构（Mach-Zehnder, Electro-absorption） 4.3.1.3 性能指标：半波电压、插入损耗、消光比、带宽 4.3.1.4 应用：高速光通信、光信号处理 4.3.2 声光调制器 4.3.2.1 声光效应 4.3.2.2 调制原理与结构 4.3.2.3 应用：光开关、频率调制 4.4 光开关与光集成器件 4.4.1 光开关的基本原理与类型 4.4.2 光开关在光网络中的应用 4.4.3 光集成器件的优势与发展前景 4.4.4 集成光子芯片的设计与挑战 第五章 光电子器件设计与建模基础 5.1 器件结构设计原则 5.1.1 材料选择与选择标准 5.1.2 几何结构优化与尺寸效应 5.1.3 界面工程与表面处理 5.1.4 功函数匹配与电极设计 5.1.5 光学腔设计与谐振条件 5.2 物理模型建立 5.2.1 载流子输运方程（漂移-扩散方程） 5.2.2 泊松方程与电势分布 5.2.3 麦克斯韦方程与电磁场分布 5.2.4 光注入与复合方程 5.2.5 激光器的rate方程模型 5.3 建模方法学 5.3.1 有限元方法 (FEM) 5.3.2 有限差分方法 (FDM) 5.3.3 边界元方法 (BEM) 5.3.4 蒙特卡罗模拟 5.4 软件工具介绍 5.4.1 COMSOL Multiphysics 5.4.2 Lumerical (FDTD Solutions, MODE Solutions, DEVICE) 5.4.3 Silvaco (ATLAS) 5.4.4 TCAD流程概述 第六章 光探测器设计与仿真实例 6.1 PIN光电二极管设计与建模 6.1.1 器件结构参数化设计 6.1.2 载流子输运与光吸收仿真 6.1.3 响应度与带宽仿真分析 6.1.4 噪声仿真与优化 6.2 雪崩光电二极管 (APD) 设计与仿真 6.2.1 倍增区结构设计 6.2.2 倍增系数仿真与影响因素分析 6.2.3 噪声系数仿真与降低策略 6.2.4 典型应用场景下的性能评估 6.3 光电导探测器设计与仿真 6.3.1 半导体材料与掺杂选择 6.3.2 结构几何与电极配置仿真 6.3.3 光生载流子响应与暗电流分析 6.4 实例分析：红外光电探测器设计 第七章 光发射器设计与仿真实例 7.1 发光二极管 (LED) 设计与建模 7.1.1 异质结结构设计与材料选择 7.1.2 量子阱结构对发光特性的影响仿真 7.1.3 电流分布与效率仿真 7.1.4 光谱特性与亮度仿真 7.2 半导体激光器设计与仿真 7.2.1 谐振腔结构设计与损耗分析 7.2.2 DFB/DBR激光器增益谱与模式仿真 7.2.3 VCSEL的垂直腔结构设计与光场分布仿真 7.2.4 阈值电流与输出功率仿真 7.2.5 稳定性与温度特性仿真 7.3 实例分析：高效率蓝光LED设计 7.4 实例分析：分布式布拉格反射器 (DBR) 激光器设计 第八章 光调制器设计与仿真实例 8.1 电光调制器设计与建模 8.1.1 Mach-Zehnder调制器设计与仿真 8.1.2 介质波导与电极结构仿真 8.1.3 半波电压与插入损耗仿真分析 8.1.4 消光比与带宽仿真 8.2 电吸收调制器设计与仿真 8.2.1 量子限制斯塔克效应 (QCSE) 的利用 8.2.2 吸收谱与调制深度仿真 8.2.3 结构参数对调制性能的影响 8.3 实例分析：高速光调制器设计 第九章 光电子器件的可靠性与封装 9.1 器件可靠性面临的挑战 9.1.1 材料老化与降解 9.1.2 电应力与热应力 9.1.3 光学损伤 9.1.4 环境因素（湿度、温度变化） 9.2 可靠性测试与评估方法 9.2.1 加速寿命试验 9.2.2 失效模式分析 9.2.3 MTBF (Mean Time Between Failures) 9.3 器件封装技术 9.3.1 封装材料的选择与要求 9.3.2 互连技术（键合、焊接） 9.3.3 光学耦合与对准 9.3.4 热管理与散热设计 9.3.5 封装对器件性能的影响 9.4 案例研究：高可靠性光通信模块封装 第十章 未来发展趋势与挑战 10.1 新型光电子材料与器件 10.1.1 二维材料（石墨烯、TMDs）在光电子器件中的应用 10.1.2 钙钛矿材料的光电器件 10.1.3 有机光电子器件的进展 10.2 光计算与光互连 10.2.1 光计算的原理与优势 10.2.2 光互连在数据中心的应用 10.2.3 光电子集成芯片的发展 10.3 量子光学与光电子学交叉 10.3.1 量子点与量子纠缠态的制备与应用 10.3.2 量子通信与量子计算中的光电子器件 10.4 智能化设计与制造 10.4.1 人工智能在光电子器件设计中的应用 10.4.2 自动化仿真与优化流程 10.5 绿色光电子学 10.5.1 节能型光电子器件的设计 10.5.2 可持续材料的应用 10.6 面临的挑战与展望 参考文献 索引

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揭开光电子器件设计的“神秘面纱” 对于我这样一个对光电子技术有着濃厚兴趣但又缺乏系统性了解的读者来说，这本书简直是及时雨。它用一种非常易于理解的方式，系统地介绍了光电子器件的设计、建模和仿真。书中并非堆砌干涩的公式，而是通过清晰的图示和生动的语言，将复杂的物理过程具象化，让我能够轻松地理解各种器件的工作原理。我特别欣赏书中对不同设计思路的对比分析，让我能够更全面地理解各种方法的优劣，从而做出更明智的选择。同时，书中关于仿真软件的操作指导也十分详尽，为我提供了实际动手操作的有力支撑。我能够通过书中的指导，一步步构建自己的仿真模型，并观察不同参数变化带来的影响。这种理论与实践相结合的学习方式，让我对光电子器件的设计过程有了更直观、更深刻的认识，仿佛面纱被缓缓揭开，露出了背后精妙的构造。

评分☆☆☆☆☆

理论与实践的桥梁，为创新注入活力 这本书绝对是理论与实践之间一座坚实的桥梁。我一直对光电子器件的实际应用充满好奇，但往往理论知识又显得有些飘渺。这本书恰好解决了我的痛点。它将抽象的物理理论与具体的建模仿真操作紧密结合，让我得以窥见“从图纸到现实”的完整过程。书中对不同仿真软件的使用技巧和注意事项讲解得非常到位，这一点对于像我这样想要快速上手实践的读者来说，简直是福音。我不再是孤军奋战，而是有了一个清晰的指导方向。更重要的是，书中所提供的建模思路和仿真方法，并非一成不变的僵化教条，而是鼓励读者进行创新和探索。我开始尝试将书中的方法应用到我感兴趣的特定光电子器件的研究中，并从中获得了意想不到的启发。这种将理论知识转化为实际创新能力的体验，让我对这本书的价值有了更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

初探光电子世界的奇妙旅程 翻开这本书，我仿佛置身于一个充满奇思妙想的光电子世界。从初学者角度出发，书中并没有一开始就抛出晦涩难懂的专业术语，而是循序渐进地引导我理解基本概念。那些看似神秘的光电效应，在作者的笔下变得生动形象，比如通过类比生活中的现象，让我茅塞顿开。接着，书中开始介绍各种经典的光电子器件，从简单的LED，到复杂的光电探测器，每一种器件的原理都被讲解得清晰透彻。我尤其喜欢书中对每一种器件工作机制的详细拆解，它不仅仅是告诉“是什么”，更是深入探讨了“为什么”。每一次的阅读都像是在探索一个未知的领域，充满了新奇和惊喜。虽然我还没有机会进行实际的建模和仿真，但书中对这些过程的描述，已经让我对未来的学习充满了期待。它为我打开了一扇通往光电子技术大门，让我看到了未来无限的可能性。

评分☆☆☆☆☆

一本引领未来研究方向的宝藏之作 这本书并非仅仅是停留在基础知识的介绍，它更像是一本引领未来研究方向的宝藏。在我阅读的过程中，我不仅学习到了经典的光电子器件的设计与仿真方法，更看到了许多前沿的技术趋势和研究热点。书中对于新兴光电子材料、新型器件结构以及先进仿真技术的探讨，让我对光电子领域未来的发展充满了期待。它不仅仅是教会我如何“做”，更是引导我思考“可以做什么”。我从中获得了许多关于如何进行创新性研究的思路和启发。作者在分析问题时，展现出的独到见解和前瞻性思考，让我受益匪浅。这本书让我意识到，光电子技术正以前所未有的速度发展，而掌握先进的设计建模与仿真能力，将是未来在这个领域取得成功的关键。我毫不犹豫地将它视为一本值得反复研读，并能在未来研究中不断汲取灵感的“必读书目”。

评分☆☆☆☆☆

深入探索光电子器件的“内功心法” 这本书给我最深的感受是，它不仅仅是一本“工具书”，更是一本“思想集”。在阅读的过程中，我能感受到作者在光电子器件设计建模与仿真领域深厚的功底，以及他对这个领域的热情。书中并没有简单罗列公式和算法，而是花了大量篇幅去阐述设计理念和仿真思路。每一次的建模，作者都强调了其背后的物理原理和设计目标，而不是机械地套用模板。这种“知其然，更知其所以然”的讲解方式，让我受益匪浅。我学会了如何从实际需求出发，选择合适的器件模型，以及如何通过仿真来验证和优化设计。特别是书中关于仿真结果的分析和解读部分，给我留下了深刻的印象。作者通过大量的实例，教会了我如何从仿真数据中提取有价值的信息，并将其转化为实际的设计改进。这让我意识到，建模与仿真不仅仅是技术操作，更是一种解决问题的思维方式。