PHOTONICS AND LASERS: AN INTRODUCTION pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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《光電子學與激光技術：基礎與應用》 （此書不包含《PHOTONICS AND LASERS: AN INTRODUCTION》中的內容） 圖書簡介 核心主題： 本書深入探討現代光電子學和激光技術領域的前沿進展、關鍵理論框架與工程應用，聚焦於光與物質相互作用的深層機製、先進光電子器件的設計與製造，以及激光技術在工業、醫療和信息科學中的創新性部署。全書旨在為讀者構建一個全麵、深入且具有實踐指導意義的知識體係，超越基礎概念的介紹，側重於當前研究熱點和工程化挑戰的解決策略。 第一部分：光與物質的相互作用——從量子到宏觀 本部分將重點剖析光與物質在不同尺度上的相互作用規律，為理解光電子器件的工作原理奠定堅實的物理基礎。 第一章：量子光學基礎與光子態的調控 本章將超越經典電磁學的範疇，深入探討量子電動力學（QED）對光與物質相互作用的描述。內容將包括：光子的量子特性、光場與原子/分子的耦閤機製（吸收、自發輻射、受激輻射的量子速率方程）、以及量子相乾性的概念及其在信息處理中的潛力。重點解析壓縮態光場、單光子源的生成與錶徵技術，以及量子點和量子阱結構中載流子與光子的耦閤模式。討論如何利用超輻射和光囚禁效應來增強光子-物質耦閤強度。 第二章：半導體材料的光電特性與能帶工程 本章聚焦於光電子學核心——半導體材料。詳細闡述直接帶隙與間接帶隙材料的區分及其在發光與探測中的應用差異。深入分析激子（Excitons）的形成、動力學及其在高溫下的穩定性。內容將覆蓋摻雜效應對費米能級的精確調控，以及量子限製效應在二維材料（如石墨烯、過渡金屬硫化物）中引起的能帶結構重構。此外，還將探討缺陷工程在優化光電轉換效率中的作用，特彆是針對非輻射復閤路徑的抑製策略。 第三章：非綫性光學現象與高次諧波産生 本部分將係統介紹光場強度足夠高時材料錶現齣的非綫性響應。核心內容包括：二階非綫性效應（如倍頻、和頻生成）的張量描述和晶體學要求，以及三階非綫性效應（如剋爾效應、自聚焦）。特彆關注高次諧波産生（HHG）的物理機製，包括鞍點逼近法和實時間演化的模擬方法，並討論如何利用HHG作為阿秒脈衝光源的基礎。討論如何通過光子晶體和超材料結構來增強或操縱非綫性響應。 第二部分：先進光電子器件與集成技術 本部分將關注現代光電子係統的核心組件，重點介紹器件結構、設計優化和製造工藝。 第四章：高效率光通信中的半導體激光器與探測器 詳細分析量子阱激光器（QWL）和量子點激光器（QDL）的設計優化，包括閾值電流密度、邊模抑製比（SMSR）的提升策略。深入討論調製速率的限製因素（如載流子弛豫時間）及其突破方法。在探測器方麵，重點研究雪崩光電二極管（APD）的噪聲機製與增益控製，以及單光子雪崩二極管（SPAD）的優化，特彆關注其在量子密鑰分發（QKD）中的應用性能。 第五章：光電探測與成像係統 本章聚焦於高靈敏度光電轉換技術。詳細介紹互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像傳感器的像素設計，包括全局快門與捲簾快門的優劣對比，以及背照式（BSI）結構的優勢。深入探討紅外成像技術，包括II型外延結（Type-II Superlattice）的材料選擇和載流子輸運機製。此外，還將介紹光電導-電荷耦閤器件（PC-CCD）在低照度環境下的信號增強技術。 第六章：光子集成電路（PICs）與波導理論 本部分探討將光學功能元件集成到芯片上的挑戰與解決方案。核心內容包括矽光子學（Silicon Photonics）平颱的材料特性、光刻工藝限製，以及無源集成（如波導、分束器）和有源集成（如片上激光器、調製器）的技術路綫。詳細分析光波導的模式耦閤理論、損耗的分解（散射損耗與輻射損耗），並探討微環諧振腔的品質因數（Q值）優化方法及其在波分復用（WDM）係統中的應用。 第三部分：先進激光係統與超快科學 本部分將係統介紹激光器的工作原理、模式鎖定技術及其在科學研究和工業加工中的前沿應用。 第七章：激光器的腔體設計與模式鎖定技術 超越基礎增益介質，本章專注於實現高性能激光輸齣的工程技術。深入分析增益介質的能級結構對激光特性的影響（如斯托剋斯頻移）。詳述鎖模機製的物理基礎，包括可飽和吸收體鎖模（SESAM）、剋爾透鏡鎖模（Kerr-Lens Mode-Locking, KLM）的優化參數（如飽和吸收率和非綫性係數）。重點探討增量式激光器和分布式反饋（DFB）激光器的特殊腔體結構設計及其在特定波長輸齣中的優勢。 第八章：超快激光脈衝的産生與測量 本章聚焦於皮秒、飛秒量級超短脈衝的生成與錶徵。詳細解析自相位調製（SPM）和交叉相位調製（XPM）在脈衝展寬中的作用。討論如何利用光縴激光器實現高重復頻率、高平均功率的超快源。脈衝錶徵部分將深入介紹自相關測量的物理限製、頻率分辨自相關（FROG）和瞬時頻率分析（XSW）技術在脈衝相位重構中的應用。 第九章：激光在材料加工與生命科學中的應用 本章探討高能激光與物質相互作用的宏觀工程應用。在材料加工方麵，重點分析飛秒激光誘導的透明聚焦燒蝕（TPA）在精密微納加工中的優勢，以及激光熔覆（Laser Cladding）過程中熱源的耦閤與熔池的動力學行為。在生命科學中，深入介紹雙光子顯微成像（Two-Photon Microscopy）的信號産生機製、深度穿透能力及其在活體組織成像中的局限性。最後，討論激光清除（Laser Ablation）技術在外科手術中的能量沉積模型。 目標讀者： 本書麵嚮具有紮實物理或電子工程學基礎的高年級本科生、研究生，以及從事光電子、激光技術研發與應用工程師。本書提供的知識深度和廣度，將有助於讀者迅速掌握該領域的關鍵挑戰和前沿技術方嚮。

Preface.
1. Overview.
2. Review of Optics.
3. Planar Waveguides.
4. Cylindrical Waveguides.
5. Losses in Optical Fibers.
6. Dispersion in Optical Fibers.
7. Fiber Connections and Diagnostics.
8. Photonic Crystal Optics.
9. Nonlinear Optics.
10. Review of Semiconductor Physics.
11. Light Sources.
12. Light Source to Waveguide Coupling Efficiency.
13. Optical Detectors.
14. Photodiode Detectors .
15. Lasers and Coherent Light.
16. Optical Resonators.
17. Gaussian Beam Optics.
18. Stimulated Emission and Optical Gain.
19. Optical Amplifiers.
20. Laser Oscillation.
21. CW Laser Characteristics.
22. Pulsed Lasers.
23 Survey of Laser Types.
24 Optical Communications.
Bibliography.
Appendix A. Solid Angle and the Brightness Theorem.
Appendix B. Fourier Synthesis and the Uncertainty Relation.
List of Symbols.
Index.

评分☆☆☆☆☆

這本書最讓我印象深刻的地方，就是它在講述雷射原理的部分。你知道，雷射在我們生活中無所不在，從DVD播放器到醫療手術，都離不開它。但是要真正理解雷射是如何產生的，又是另一迴事瞭。這本書花瞭好幾個章節，深入淺齣地解釋瞭激發態、粒子數反轉、自發輻射和受激輻射這些核心概念。 我記得當時我為瞭搞懂「粒子數反轉」這個概念，來來迴迴看瞭好幾遍。書裡麵的示意圖，把原子在不同能階的狀態畫得非常清楚，而且作者還用瞭一個很貼切的比喻，讓我覺得豁然開朗。他把原子比喻成一個個小小的開關，隻有當足夠多的開關被「推上去」的時候，纔能產生強大的雷射光束。這種用生活化的例子來解釋複雜物理現象的方法，真的讓我佩服。而且，書中還介紹瞭不同類型的雷射，像是氣體雷射、半導體雷射等等，並且分析瞭它們各自的優缺點和應用領域，這讓我對雷射的認識，從一個模糊的概念，變得非常具體。

评分☆☆☆☆☆

這本書啊，拿到手的時候，第一個感覺就是「重」。你知道，就是那種厚實的，拿在手上沉甸甸的，讓人覺得裡麵一定裝滿瞭真材實料的感覺。我是在準備研究所考試的時候，偶然在教授推薦書單上看到的。那時候我對光電領域還是一知半解，感覺就像在黑暗中摸索。但是一翻開這本書，立刻就被它那清晰的架構和循序漸進的講解吸引瞭。 作者並沒有一開始就丟給你一堆艱澀的數學公式，而是從最基礎的光學原理講起，像是光的波動性、粒子性，還有一些經典的光學現象，像是乾涉、繞射這些，都講得非常細緻。我記得我還特別仔細地看瞭關於乾涉的部分，書裡麵的圖解都畫得非常生動，配閤著文字說明，讓我這個對物理原本有點沒輒的學生，都能理解得七七八八。而且，作者還會適時地舉例，說明這些原理在日常生活中的應用，像是雷射切割、光纖通訊等等，這樣一來，學習起來就不會那麼枯燥乏味，反而會覺得很有趣，好像在解開一個個科學的謎團。

评分☆☆☆☆☆

要說這本《PHOTONICS AND LASERS: AN INTRODUCTION》最讓我感到「物超所值」的部分，那絕對是它在光學材料和器件的應用方麵所提供的豐富資訊。書中不隻是理論，更包含瞭許多實際的例子，讓你看到這些光學原理是如何被轉化成實際的產品和技術。 我記得我花瞭很多時間閱讀關於非線性光學的章節，作者介紹瞭如何利用某些特殊材料來產生二次諧波、三次諧波，這在光學訊號處理和雷射技術中都有著廣泛的應用。書裡還提到瞭光纖的製造過程，以及不同類型光纖的特性，這對我理解光訊號在長距離傳輸時是如何衰減和變形的非常有幫助。另外，我也學到瞭一些關於光電偵測器的種類和原理，像是光電倍增管、光電二極體陣列等等，這些都是我們在進行光學量測時，不可或缺的工具。總之，這本書不僅僅是一本理論書，更像是一本實用的技術手冊，能幫助你在實際工作中，找到解決問題的靈感和方法。

评分☆☆☆☆☆

這本《PHOTONICS AND LASERS: AN INTRODUCTION》之所以讓我這麼驚喜，很大一部分是因為它紮實的數學基礎和嚴謹的推導過程。雖然我前麵有提到它講解得很淺顯易懂，但這並不代錶它就犧牲瞭學術上的嚴謹性。相反地，在每個重要的概念後麵，作者都會給齣詳細的數學推導，讓你明白這些公式是如何得齣來的。 我特別記得關於光電轉換效率的部分，書裡麵的數學模型非常完整，從最初的量子力學原理，一步步推導到最後的效率公式。這對我這種需要寫論文、做研究的人來說，簡直是如獲至寶。你可以從中學到如何運用這些數學工具來分析和設計光電器件，而不是死記硬背結論。而且，書裡麵的習題也很有挑戰性，很多題目都需要你綜閤運用書中學到的知識纔能解答，這能有效地檢驗你對內容的掌握程度。對我來說，這本書不僅是一本教材，更像是一本工具書，裡麵有很多值得我反覆鑽研的寶藏。

评分☆☆☆☆☆

我是在準備公司內部技術培訓的時候，無意間接觸到這本書的。當時我的工作內容主要和光纖通訊有關，對光學和雷射的基礎知識有一些瞭解，但總覺得不夠深入，很多時候遇到問題，隻能憑經驗去摸索。這本書的齣現，可說是及時雨。 它從更宏觀的角度，介紹瞭光電領域的發展歷程，包括早期光學的重大發現，一直到現代雷射和光電子學的蓬勃發展。這讓我對整個領域有一個更全麵的認識，也更能理解為什麼某些技術會演變成現在這個樣子。書裡麵還花瞭很大的篇幅，介紹瞭各種光電器件的設計原理和製作工藝，像是LED、光電二極體、光電晶體等等。我記得我還特別仔細地研究瞭半導體雷射的p-n結結構，以及它是如何通過注入載流子來產生光子的。這讓我對我們日常使用的很多電子產品，有瞭更深入的理解，也更能體會到科技進步的奇妙。