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第一章 电子光跃迁 1

1 光子和电子 1

1.微观粒子 1

2.光子 2

3.电子 4

2 电子光跃迁 6

1.与时间有关的微扰 6

2.跃迁几率 8

3.动量矩阵元 9

4.电偶极矩矩阵元 10

5.相互作用系数 11

6.跃迁速率分布 12

3 介质电极化 12

1.复电极化率 12

2.k—K 色散关系 15

4 复介电常数 17

1.等效电极化率 17

2.“自由”电子的贡献 19

3.振子强度 20

5 光子吸收和发射 22

1.共振吸收、受激发射和自发发射 22

2.一个始态只对应一个终态 22

3.一个始态对应所有的终态 24

4.爱因斯坦关系 25

5.折射率色散的效应 27

参考文献 28

第二章 半导体发光 29

6 半导体知识 29

1.半导体物理知识 29

2.载流子密度 31

7 矩阵元计算 34

1.本征半导体——有 k 选择条件 34

2.k?微扰近似 35

3.重掺杂半导体——无 k 选择条件 36

4.常数矩阵元近似 37

8 本征半导体发光 39

1.光增益系数 39

2.振子状态密度分布 40

3.名义电流密度 41

4.发光特性计算 42

5.载流子在能带内弛豫的效应 44

9 重掺杂半导体发光 46

1.能带尾巴 46

2.光增益系数 48

3.名义电流密度 49

4.发光特性计算 50

10 载流子复合 51

1．辐射复合 51

2．有杂质参与的复合 53

3．俄歇复合 56

4．量子效率 59

参考文献 59

第三章 光子波传播 60

11 电磁辐射 60

1.麦克斯韦方程 60

2.玻印廷矢量 61

3.相速度和群速度 63

4.折射率随掺杂和组分变化 63

12 界面反射和折射 64

1.斯涅耳定律 64

2.TE 波的菲涅耳公式 65

3.TM 波的菲涅耳公式 68

13 界面全内反射 71

1.横向电场波 71

2.TE 波的古斯—汉欣位移 72

3.横向磁场波 75

4.TM 波的古斯—汉欣位移 76

14 薄膜内多次反射 76

1.上下界面的反射率和透射率 77

2.介质薄膜的反射率和透射率 78

3.合成波分析 80

15 高斯光束 82

1.波函数 82

2.光束性质 83

3.厄米—高斯光束 86

参考文献 88

第四章 介质光波导 89

16 介质光波导特性 89

1.光子波横向限制 89

2.光子波端面反射 91

3.光子波端面出射 94

17 折射率平板波导 97

1.三层波导分析 97

2.四层波导分析 101

3.五层波导分析 104

4.模式厚度 105

18 折射率长条波导 106

1.矩形波导分析 106

2.圆形波导分析 110

19 光增益平板波导 114

1.光增益波导分析 114

2.光增益的贡献 116

3.等相位面弯曲 119

20 光增益平方波导 121

1.折射率波导分析 121

2.光增益波导分析 122

3.光增益的贡献 124

参考文献 126

第五章 速率方程 127

21 速率方程推导 127

1.光子速率方程 127

2.载流子速率方程 129

3.光子和载流子均匀分布近似 130

22 稳态分析 132

1.单纵模分析 132

2.多纵模分析 135

23 瞬态分析 137

1.延迟时间和启动时间 138

2.弛豫振荡 139

3.自发发射因子的效应 141

4.小信号调制 143

24 条形结构效应 145

1.基本方程 146

2.稳态分析 146

3.小信号调制 148

25 激光谱线宽度 153

1.自然展宽 153

2.相位涨落和强度涨落 153

3.噪声展宽 155

参考文献 158

第六章 异质结构 159

26 p-n 同质结 159

1.电场分布 159

2.电势分布 160

3.能带图 161

4.结电容 163

5.结电流密度 164

27 p-N 异质结 166

1.电场分布 166

2.电势分布 167

3.能带图 168

4.结电容 170

5.结电流密度 170

28 p-P 异质结 171

1.P 侧电势分布 172

2.P 侧电势分布 173

3.能带图 174

4.渐变异质结 176

29 载流子输运 177

1.体内激发 177

2.单边注入 179

3.局部体内激发 180

4.漂移电子流 182

30 载流子限制 184

1.N-p-P 双异质结构 184

2.注入电子流和漏出电子流 184

3.漏出空穴流 186

4.载流子限制因子 187

5.n-p-P 单异质结构 188

6.N-n-p-P 大光腔结构 189

参考文献 190

第七章 普通半导体激光器 191

31 半导体激光器工作特性 191

1.光振荡条件 191

2.主要特性参数 193

32 单异质结构激光器 197

1.有效载流子密度 197

2.阈值电流密度 199

3.近场图形和远场图形 201

33 双异质结构激光器 204

1.阈值电流密度 204

2.载流子侧向扩散和电流侧向扩展 207

3.近场图形和远场图形 213

34 外腔半导体激光器 216

1.光注入锁模 216

2.外腔反馈锁模 219

3.激光谱线变窄 221

35 双区半导体激光器 223

1.基本公式 224

2.自脉动和双稳态 226

参考文献 228

第八章 特种半导体激光器 229

36 分布反馈半导体激光器 229

1.耦合波分析 229

2.光振荡条件 232

3.耦合系数 233

37 量子阱半导体激光器 234

1.能带分裂为一系列子带 235

2.能带状态密度分布 236

3.载流子密度 238

4.电偶极矩矩阵元 239

5.量子阱半导体发光 242

6.阈值电流密度 243

7.多量子阱激光器 246

8.载流子在能带内弛豫的效应 249

38 垂直腔表面发射激光器 249

1.工作特性 250

2.布拉格反射镜 254

39 微腔半导体激光器 256

1.有效光子状态密度分布 256

2.载流子寿命减小和光放大本领增大 260

3.速率方程分析 261

4.工作特性 262

40 半导体激光器的热效应 264

1.连续工作条件 264

2.芯片内温度分布 266

参考文献 269