半導體雷射導論 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 半導體激光器
• 激光物理
• 光電子學
• 半導體物理
• 光通信
• 激光技術
• 半導體器件
• 物理學
• 電子工程
• 光學工程

　　半導體雷射具有體積小、高效能、高整閤度與壽命長等種種優異特性，使得半導體雷射得以迅速的發展並應用在許多不同的領域上，舉凡光縴通信、光儲存與雷射列印、分子光譜與生醫應用、軍事與娛樂用途、以及近期的雷射滑鼠等深入生活各個層麵。本書由淺入深的從光電半導體的基礎介紹到半導體雷射的基本理論，內容涵蓋瞭包括雙異質結構與量子井結構的發光元件，可同時適用於半導體雷射與發光二極體。可為大學四年級以及研究所一年級相關科係的學生與教師，提供一本有係統學習半導體雷射的教科書，本書亦適用於想要瞭解光電半導體元件的專業人員。

本書提供瞭：
▌迅速瞭解半導體雷射的概念
▌精實的理論基礎：包括半導體理論與異質接麵的設計
▌半導體雷射光放大與操作原理
▌實用的進階題材包括量子結構的應用與雷射理論
▌超過110張生動的圖解
▌詳盡的範例幫助瞭解半導體雷射的基本原理
▌精心設計的習題協助認識半導體雷射的操作
▌由淺入深的推導光電半導體元件的特性

作者簡介

盧廷昌

現職：交通大學光電係助理教授
學曆：交通大學博士
經曆：史丹福大學訪問學者
榮譽：於半導體雷射産業實務與學術研究十年經驗
　　　共同開發齣世界第一顆藍光氮化鎵麵射型雷射

王興宗

學曆：史丹福大學博士
經曆：交通大學光電係榮譽退休教授
榮譽：開發齣颱灣第一個氦氖雷射、世界第一個白光雷射
　　　以及世界第一顆藍光氮化鎵麵射型雷射

好的，這是一份關於《半導體雷射導論》的圖書簡介，內容完全聚焦於該主題範圍，並力求詳實和專業，不包含任何關於AI生成或構思的痕跡。 圖書簡介：《半導體雷射導論》 導論：光電轉換的基石與未來 半導體雷射，作為一種緊湊、高效且可直接電激勵的光源，已成為現代光電子技術領域的核心支柱。從光縴通信、藍光/紅外數據存儲，到醫療診斷、精密傳感乃至未來的量子技術，半導體雷射器的性能直接決定瞭整個係統的上限。 《半導體雷射導論》旨在為光電子工程、物理學、材料科學以及電子工程領域的學生、研究人員和工程師提供一本全麵、深入且體係化的專業參考書。本書不僅係統梳理瞭半導體雷射的基本工作原理、關鍵物理機製，更細緻剖析瞭器件結構設計、製造工藝以及性能優化所涉及的復雜理論與實踐。 本書的編寫遵循“從基礎理論到前沿應用”的邏輯主綫，力求在嚴謹的物理學基礎上，搭建起理解和設計高性能半導體雷射器的知識橋梁。 --- 第一部分：基礎物理與能帶理論（The Fundamentals） 本部分奠定瞭理解半導體雷射器件的基礎。我們首先迴顧半導體材料的關鍵性質，重點聚焦於其電子結構——能帶理論。 1. 半導體材料的光學特性： 詳細闡述瞭直接帶隙與間接帶隙材料的區彆，及其對光發射效率的決定性影響。深入探討瞭吸收、自發輻射和受激輻射這三大基本光學過程，特彆是受激輻射在激光過程中的核心地位。 2. 載流子動力學： 深入分析瞭載流子（電子和空穴）在半導體內部的輸運機製、復閤過程及其壽命。重點討論瞭輻射復閤與非輻射復閤的競爭關係，這是決定器件量子效率的關鍵因素。 3. 異質結的構建與優勢： 係統介紹異質結（Heterojunction）概念及其在半導體雷射器設計中的不可替代性。通過勢壘和阱的構建，精確控製載流子的注入和限製，這是實現高效率注入的關鍵。本章詳述瞭穩態與瞬態下的載流子注入與傳輸模型。 --- 第二部分：核心器件原理與結構設計（Device Physics and Design） 本部分是全書的核心，詳細剖析瞭構成半導體雷射器的關鍵結構——有源區的物理過程和光學諧振腔的設計。 4. 增益機製與閾值條件： 詳細推導瞭半導體材料中的光學增益譜（Gain Spectrum）與能帶填充（Population Inversion）的關係。嚴格定義並推導瞭激光振蕩的閾值條件，包括光子在諧振腔內的損耗（Loss）與淨增益（Net Gain）的平衡。 5. 諧振腔結構： 激光器之所以成為激光器，依賴於高質量的光學諧振腔。本書深入探討瞭不同腔體結構對模式選擇和綫寬的影響。 反射鏡設計： 分析瞭分布式布拉格反射（DBR）和法布裏-珀羅（FP）腔的原理，以及如何通過介質堆疊實現高反射率與低損耗。 波導結構： 詳細分析瞭電流限製型（Stripe Geometry）和埋置型（Buried Heterostructure, BH）波導的橫嚮光限製機製，以及它們對耦閤效率和遠場光斑形狀的影響。 6. 關鍵工作參數的工程化： 深入探討瞭量子效率、斜率效率以及光電轉換效率的物理來源。重點分析瞭由載流子泄漏、自由載流子吸收（FCA）以及導波損耗等引起的非理想因素，並提齣瞭相應的結構優化策略。 --- 第三部分：主要器件類型與製造工藝（Device Types and Fabrication） 本部分將理論知識應用於實際器件的構建，覆蓋瞭當前主流和新興的半導體雷射器類型及其製造流程。 7. 典型結構雷射器： 全麵介紹並對比分析瞭不同工作波段和應用場景下的主流器件： 雙異質結雷射器（DH） 與 量子阱雷射器（QW）：重點分析量子阱結構如何通過量子限製效應，顯著降低閾值電流密度並拓寬增益譜。 分布式反饋（DFB）雷射器： 深入闡述瞭光柵耦閤原理，DFB結構如何實現單模、窄綫寬的輸齣，這是長距離通信應用的關鍵。 垂直腔麵發射雷射器（VCSEL）： 重點分析其對稱結構、易於集成和低散光束的特性，及其在數據通信和傳感中的應用。 8. 材料生長與器件製造： 詳細描述瞭半導體激光器製造過程中依賴的關鍵工藝技術： 外延生長： 重點介紹液相外延（LPE）、氣相外延（VPE）和金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）在精確控製層厚和組分方麵的應用。 光刻與刻蝕： 分析瞭用於定義電流限製區和形成波導結構的乾法和濕法刻蝕技術，以及介質堆疊與金屬化工藝。 --- 第四部分：性能錶徵與先進特性（Characterization and Advanced Topics） 本部分聚焦於如何量化和提升雷射器的性能，並展望瞭前沿技術方嚮。 9. 動態特性與調製： 探討瞭半導體雷射器作為光源的調製能力。分析瞭光子壽命、載流子壽命與激光器響應速度之間的關係。詳細解析瞭小信號調製響應、速率方程（Rate Equations）及其在高速光通信係統中的應用。 10. 噪聲、綫寬與穩定性： 深入分析瞭激光器的固有噪聲來源——量子噪聲（Schawlow-Townes 極限）。推導瞭激光器輸齣光譜綫寬的物理模型，並討論瞭通過優化腔體設計和注入電流穩定性來抑製噪聲的方法。 11. 前沿技術展望： 簡要介紹並探討瞭未來半導體雷射器的發展方嚮，包括高功率閤束技術、集成光子學（PIC）中激光器的設計挑戰，以及寬帶光源的構建。 《半導體雷射導論》不僅是一本理論教材，更是一份實用的工程指南。通過對物理機理的深入剖析和對工程實現的詳細闡述，讀者將能夠熟練掌握設計、製造和優化各類半導體雷射器的核心能力，為光電子領域的前沿研究和産業發展打下堅實的理論與技術基礎。

第一章　半導體雷射簡介
　　1.1　半導體雷射的發展與演進
　　1.2　半導體雷射的基本操作原理
　　　　1.2.1　主動層之p-n雙異質接麵
　　　　1.2.2　雙異質結構的波導特性
　　　　1.2.3　再結閤與放光機製
　　　　1.2.4　自發放射與受激放射的分界：雷射閾值
　　1.3 半導體雷射的特點
　　1.4 半導體雷射的材料與應用
　　習題
　　參考資料

第二章　光電半導體物理迴顧
　　2.1　半導體能帶的形成和意義
　　　　2.1.1　能帶形成的起源
　　　　2.1.2　Kronig-Penney模型
　　　　2.1.3　半導體E-k關係圖的意義
　　　　2.1.4　影響能隙大小的因素
　　2.2　能態密度與載子統計
　　　　2.2.1　能態密度函數
　　　　2.2.2　載子統計函數
　　2.3　費米能階與載子濃度
　　　　2.3.1　有效能態密度與Fermi-Dirac積分式
　　　　2.3.2　Boltzmann近似和Joyce-Dixon近似
　　　　2.3.3　本質半導體
　　　　2.3.4　外質半導體
　　　　2.3.5　簡併半導體
　　2.4　準費米能階
　　2.5　子傳輸行為
　　　　2.5.1　漂移電流
　　　　2.5.2　擴散電流
　　2.6　載子躍遷
　　　　2.6.1　載子産生與再結閤
　　　　2.6.2　輻射再結閤與非輻射再結閤
　　　　2.6.3　內部量子效率與載子生命期
　　習題
　　閱讀資料

第三章　光電半導體異質接麵
　　3.1　同質pn接麵
　　　　3.1.1　內建電位
　　　　3.1.2　空乏區與接麵電容
　　　　3.1.3　順嚮偏壓
　　　　3.1.4　逆嚮偏壓
　　3.2　異質接麵
　　　　3.2.1　異質接麵的形成
　　　　3.2.2　非同型異質接麵
　　　　3.2.3　同型異質接麵
　　　　3.2.4　異質接麵電流電壓特性
　　3.3　雙異質接麵與注入效率
　　　　3.3.1　雙異質接麵雷射二極體
　　　　3.3.2　注入比率與注入效率
　　　　3.3.3　載子侷限與漏電流
　　　　3.3.4　雙異質接麵發光二極體
　　習題
　　閱讀資料

第四章　光增益與光放大
　　4.1　雷射增益
　　　　4.1.1　縮減有效質量與聯閤能態密度
　　　　4.1.2　能量頻譜密度與黑體輻射
　　　　4.1.3　二能階模型與淨受激放射速率
　　　　4.1.4　半導體增益係數
　　4.2　半導體增益與注入載子的關係
　　　　4.2.1　零度近似之增益頻譜
　　　　4.2.2　數值計算之增益頻譜
　　4.3　量子井之增益頻譜
　　　　4.3.1　量子化能階
　　　　4.3.2　二維能態密度與載子濃度
　　　　4.3.3　增益頻譜
　　4.4　最大增益之綫性近似與對數近似
　　4.5　透明載子濃度
　　4.6　光放大器
　　習題
　　閱讀資料

第五章　半導體雷射振盪條件與連續操作特性
　　5.1　半導體雷射之共振腔結構
　　5.2　雷射振盪條件一：振幅條件
　　　　5.2.1　閾值增益
　　　　5.2.2　閾值載子密度與電流密度
　　　　5.2.3　閾值電流密度的溫度特性
　　5.3　雷射振盪條件二：相位條件
　　　　5.3.1　雷射縱模
　　　　5.3.2　縱模的溫度特性
　　　　5.3.3　載子濃度對縱模的影響
　　5.4　垂直共振腔麵射型雷射
　　5.5　雷射輸齣特性
　　　　5.5.1　微分量子效率與斜率效率
　　　　5.5.2　總體效率
　　　　5.5.3　雷射二極體規格錶
　　　　5.5.4　雷射操作過程圖示
　　5.6　速率方程式之穩態特性
　　習題
　　閱讀資料
附錄Ⅰ　常用物理常數錶
附錄Ⅱ　常用半導體參數
附錄Ⅲ　常用三元化閤物半導體參數
附錄Ⅳ　常用四元化閤物半導體參數

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哇，拿到這本《半導體雷射導論》的書，真的讓身為半導體產業的一份子的我，心情激動不已！身在颱灣這座科技島上，半導體絕對是我們最驕傲的名片之一。市麵上關於半導體的書籍雖然不少，但專門深入探討「雷射」這個關鍵元件的，相對來說就比較少見，更不用說以這麼紮實的筆觸來剖析瞭。打開書本，裡頭的內容涵蓋瞭從半導體雷射的基本原理、材料科學的選擇、結構設計的優化，到實際的製造製程和應用範疇，幾乎可以說是一應俱全。 我特別欣賞作者在解釋物理學原理時的清晰度，許多複雜的能帶結構、量子力學概念，透過作者的筆觸，變得更容易理解，這對我這種在業界打滾多年，但可能已經有些年頭沒碰觸學術理論的人來說，無疑是一劑及時雨。書中對於不同類型半導體雷射的比較分析，像是量子井、量子點、垂直腔麵發射雷射（VCSEL）等等，都做瞭非常詳盡的說明，並且點齣瞭它們各自的優缺點與適用場閤。這對於我們在產品開發或技術選型時，提供瞭非常寶貴的參考依據。 而且，書中還提到瞭許多前沿的技術發展，像是高功率雷射、高效率雷射以及一些正在開發中的新型材料。這讓我對未來半導體雷射的發展方嚮有瞭更深刻的認識，也意識到在這個領域，我們還有很多可以探索和突破的空間。對於正在學術界深耕的年輕學子，或是對半導體雷射領域充滿好奇心的產業人士，這本書絕對是一本值得細細品味、反覆研讀的經典之作。它不僅僅是一本技術手冊，更像是一位經驗豐富的導師，引領我們深入探索這個迷人且重要的領域。

评分☆☆☆☆☆

這本《半導體雷射導論》，對我來說，是一次非常充實的知識饗宴。我一直對高科技產業抱持著濃厚的興趣，而半導體雷射絕對是其中一個我非常想深入瞭解的領域。在閱讀這本書的過程中，我最大的感受就是它的「全麵性」與「深度」。作者對於半導體雷射的歷史發展、基本原理、結構設計、製造工藝，以及在各個領域的應用，都做瞭非常係統性的介紹。 書中對於不同半導體材料的特性，例如直接帶隙與間接帶隙的區別，以及它們對雷射發光效率的影響，有著相當精闢的論述。我也學到瞭很多關於雷射腔體的設計，如何透過反射鏡的選擇、腔體長度以及增益介質的匹配，來優化雷射的輸齣功率、光譜純度和指嚮性。更讓我驚喜的是，書中還觸及瞭許多與半導體雷射相關的周邊技術，例如光學器件的封裝、測試以及可靠性驗證等，這些都是在實際應用中不可或缺的環節。 尤其是在探討半導體雷射的應用部分，書中列舉瞭許多不同領域的實例，從通信、數據儲存，到工業加工、醫療診斷，甚至是國防安全，都讓讀者能直觀地感受到半導體雷射的強大潛力與廣泛影響力。這本書不僅能滿足專業研究人員對技術細節的追求，也能讓對科技充滿好奇的普通讀者，對半導體雷射有一個全麵且深刻的認識。它像是一本百科全書，將複雜的技術知識，以條理分明的方式呈現齣來，讓人讀來受益匪淺。

评分☆☆☆☆☆

這本《半導體雷射導論》的齣版，對我這個在電子通訊領域奮鬥多年的工程師來說，無疑是一份及時雨。我們每天的工作都離不開各種光學元件，而半導體雷射更是其中至關重要的一環。這本書的齣現，讓我對過去一些模糊的概念有瞭更清晰的認識，也為我解決實際工作中遇到的難題提供瞭寶貴的思路。 作者在書中對半導體雷射的載子注入、光子產生、放大和諧振的過程，有著非常細膩的描述。我特別關注瞭關於雷射二極體（LD）和發光二極體（LED）在物理機製上的差異，以及如何透過結構設計來提升其效率和穩定性。書中對於不同材料體係（如InP、GaN等）的特性分析，以及它們在不同波長範圍的應用，都非常有參考價值。 另外，書中還探討瞭許多與雷射性能優化相關的主題，例如光學損耗的來源、載子限製技術、熱管理策略等等。這些內容對於我們在設計和生產高可靠性、高性能的雷射產品時，有著直接的指導意義。我還注意到書中對一些先進的雷射技術，例如量子級聯雷射（QCL）和超快雷射，也有所提及，這讓我對未來的技術發展方嚮有瞭更進一步的瞭解。總體而言，這本書不僅是一本理論性的學術著作，更是一本實用性極強的技術指南，對於我們這些在產業第一線工作的工程師來說，絕對是不可多得的寶藏。

评分☆☆☆☆☆

手邊這本《半導體雷射導論》，可說是為我這種一嚮對科技產品充滿好奇，但又缺乏紮實理論基礎的讀者，打開瞭一扇新世界的大門。我一直對雷射在我們日常生活中的應用感到驚奇，從光纖通訊、條碼掃描，到現在更先進的3D列印、生物醫學等等，雷射無所不在。而這本書，就像一本詳盡的「解剖報告」，钜細靡遺地揭示瞭半導體雷射的「前世今生」與「身體構造」。 它不像坊間那些泛泛而談的科普讀物，而是深入到材料的選擇、晶體的成長、光腔的設計、激子形成機製、載子傳輸特性，甚至是激子壽命、非輻射躍遷等非常專業的細節。老實說，剛開始看的時候，有些名詞和概念確實讓我有點吃力，但作者的說明方式，加上書中豐富的圖解和公式推導，慢慢地讓我剋服瞭這些睏難。我尤其欣賞書中對於不同半導體材料（例如鎵砷、磷化銦鎵等）的物理特性比較，以及不同雷射結構（如雙異質接麵、單量子井等）如何影響其光學性能的分析。 讀完後，我對雷射的「內部運作」有瞭全新的理解，也更能體會到每一項技術突破背後，所蘊含的深厚學術功底和無數的實驗驗證。這本書真的讓我對「科技」這個詞，有瞭更深一層的敬畏。它讓我明白，我們享受的便利生活，是如何建立在這些看似冰冷、複雜的科學原理之上的。對於任何想深入瞭解雷射技術，卻又不知從何入門的讀者，我都強烈推薦這本書，它絕對能讓你獲益匪淺。

评分☆☆☆☆☆

拿到《半導體雷射導論》這本書，我的第一印象就是它的「專業」與「厚重」。身為一名曾經在光電實驗室待過的學生，我知道雷射這個領域有多麼的博大精深，而半導體雷射更是其中的一個重要分支。這本書的內容，從基礎的半導體物理，到複雜的雷射動力學，再到實際的製造工藝，幾乎涵蓋瞭整個半導體雷射的學術和工程體係。 書中對於半導體能帶理論、激子形成、載流子遷移、光子發射、光腔諧振等核心概念的闡述，都力求深入且精確。作者在介紹不同半導體材料的特性時，不僅給齣瞭詳細的數據，還解釋瞭這些數據背後的物理機製，這對我理解不同材料在雷射應用中的優勢和限製非常有幫助。我尤其喜歡書中對於不同類型半導體雷射結構（例如注入鎖定雷射、分布式布拉格反射（DBR）雷射等）的詳細介紹，以及它們在性能和應用上的差異。 此外，書中還探討瞭許多關於雷射光學特性（如波長、功率、頻寬、模式）的錶徵方法，以及如何透過結構和材料的優化來調控這些特性。對於有誌於在半導體雷射領域進行深入研究的學生和研究人員來說，這本書提供瞭一個非常紮實的理論基礎和豐富的技術參考。它就像一本「武功秘籍」，讓你在掌握瞭基本功之後，能夠進一步探索更高深的奧秘。這本書絕對能成為你在半導體雷射領域學習和研究的得力助手。