圖書描述
垂直共振腔麵射型雷射的發展與量産將近40年，在光通訊與光資訊領域已經成為不可或缺的主動光源最佳解決方案，並在近10年陸續應用在各式各樣的感測器相關用途，因此相關産業也開始進入高速成長期。
本書主要針對大專院校及研究所具備物理、電子電機、材料、半導體與光電科技相關背景的學生以及相關産業研發人員，提供一個進階課程所需的參考書。全書共分為七章，第一章將介紹麵射型雷射發展曆程，第二章主要說明半導體雷射操作原理接續第三章針對麵射型雷射結構設計考量與第四章動態操作等特性分析，第五章介紹目前最廣泛應用的砷化鎵係列材料麵射型雷射製程技術，第六章探討長波長麵射型雷射製作技術以及在光通訊、光資訊以及感測技術上的應用，第七章介紹採用氮化鎵係列材料製作短波長麵射型雷射之最新進展以及相關應用及發展趨勢。
颱灣在麵射型雷射技術研發已經形成涵蓋上中下遊的磊晶成長、晶粒製程與封裝模組的完整産業鏈，希望讀者能藉由本書瞭解相關産業發展概況並激發深入研究的動機與興趣。
本書主要針對大專院校及研究所具備物理、電子電機、材料、半導體與光電科技相關背景的學生以及相關産業研發人員，提供一個進階課程所需的參考書。全書共分為七章，第一章將介紹麵射型雷射發展曆程，第二章主要說明半導體雷射操作原理接續第三章針對麵射型雷射結構設計考量與第四章動態操作等特性分析，第五章介紹目前最廣泛應用的砷化鎵係列材料麵射型雷射製程技術，第六章探討長波長麵射型雷射製作技術以及在光通訊、光資訊以及感測技術上的應用，第七章介紹採用氮化鎵係列材料製作短波長麵射型雷射之最新進展以及相關應用及發展趨勢。
颱灣在麵射型雷射技術研發已經形成涵蓋上中下遊的磊晶成長、晶粒製程與封裝模組的完整産業鏈，希望讀者能藉由本書瞭解相關産業發展概況並激發深入研究的動機與興趣。
著者信息
作者簡介
盧廷昌
國立交通大學光電係特聘教授兼係主任
尤信介
國立交通大學照明與能源光電研究所助理教授
盧廷昌
國立交通大學光電係特聘教授兼係主任
尤信介
國立交通大學照明與能源光電研究所助理教授
圖書目錄
第一章 垂直共振腔麵射型雷射的發展
1.1 雷射發展曆史
1.2 麵射型雷射發展曆程
1.3 麵射型雷射之優點
1.4 麵射型雷射初期研發進展
1.5 可見光麵射型雷射
1.6 長波長麵射型雷射
1.7 多波長與可調波長麵射型雷射
1.8 短波長麵射型雷射
參考資料
第二章 半導體雷射基本操作原理與結構
2.1 雙異質接麵
2.2 半導體光增益與放大特性
2.3 半導體雷射震盪條件
2.3.1 振幅條件
2.3.2 相位條件
2.4 速率方程式與雷射輸齣特性
本章習題
參考資料
第三章 VCSEL基本操作原理
3.1 VCSEL與EEL的比較
3.2 布拉格反射鏡
3.2.1 傳遞矩陣
3.2.2 穿透深度
3.2.3 布拉格反射鏡結構設計
3.3 垂直共振腔麵射型雷射之特性
3.4 溫度效應
3.5 微共振腔效應
3.6 載子與光學侷限結構
本章習題
參考資料
第四章 高速VCSEL操作動態特性
4.1 小信號響應
4.1.1 弛豫頻率與截止頻率
4.1.2 非綫性增益飽和效應
4.1.3 高速雷射調製之設計
4.1.4 小信號速率方程式之暫態解
4.2 大信號響應
4.2.1 導通延遲時間
4.2.2 大信號調製之數值解
4.3 綫寬增強因子與啁啾
4.3.1 頻率啁啾與頻率調製
4.3.2 半導體雷射之發光綫寬
4.4 相對強度雜訊
本章習題
參考資料
第五章 GaAs-based VCSEL製作技術
5.1 電流侷限方法
5.1.1 增益波導
5.1.2 摺射率波導
5.1.3 離子佈植法
5.1.4 氧化侷限法
5.2 麵射型雷射製程技術
5.2.1 蝕刻
5.2.2 選擇性氧化
5.2.3 金屬電極製作
本章習題
參考資料
第六章 紅外光VCSEL技術與應用
6.1 紅外光VCSEL元件
6.1.1 InP異質接麵／量子井麵射型雷射
6.1.2 InGaAs量子井麵射型雷射
6.1.3 InGaAsN量子井麵射型雷射
6.1.4 InAs量子點麵射型雷射
6.2 紅外光VCSEL應用
6.2.1 光通訊應用與高頻操作
6.2.2 光資訊應用與單模操作
6.2.3 感測器應用
本章習題
參考資料
第七章 藍紫光VCSEL技術與應用
7.1 藍紫光VCSEL用之反射鏡
7.2 光激發式藍紫光VCSEL
7.3 電激發式藍紫光VCSEL
7.4 藍紫光VCSEL的近期發展
7.4.1 混閤式氮化鎵VCSEL
7.4.2 介電質氮化鎵VCSEL
參考資料
1.1 雷射發展曆史
1.2 麵射型雷射發展曆程
1.3 麵射型雷射之優點
1.4 麵射型雷射初期研發進展
1.5 可見光麵射型雷射
1.6 長波長麵射型雷射
1.7 多波長與可調波長麵射型雷射
1.8 短波長麵射型雷射
參考資料
第二章 半導體雷射基本操作原理與結構
2.1 雙異質接麵
2.2 半導體光增益與放大特性
2.3 半導體雷射震盪條件
2.3.1 振幅條件
2.3.2 相位條件
2.4 速率方程式與雷射輸齣特性
本章習題
參考資料
第三章 VCSEL基本操作原理
3.1 VCSEL與EEL的比較
3.2 布拉格反射鏡
3.2.1 傳遞矩陣
3.2.2 穿透深度
3.2.3 布拉格反射鏡結構設計
3.3 垂直共振腔麵射型雷射之特性
3.4 溫度效應
3.5 微共振腔效應
3.6 載子與光學侷限結構
本章習題
參考資料
第四章 高速VCSEL操作動態特性
4.1 小信號響應
4.1.1 弛豫頻率與截止頻率
4.1.2 非綫性增益飽和效應
4.1.3 高速雷射調製之設計
4.1.4 小信號速率方程式之暫態解
4.2 大信號響應
4.2.1 導通延遲時間
4.2.2 大信號調製之數值解
4.3 綫寬增強因子與啁啾
4.3.1 頻率啁啾與頻率調製
4.3.2 半導體雷射之發光綫寬
4.4 相對強度雜訊
本章習題
參考資料
第五章 GaAs-based VCSEL製作技術
5.1 電流侷限方法
5.1.1 增益波導
5.1.2 摺射率波導
5.1.3 離子佈植法
5.1.4 氧化侷限法
5.2 麵射型雷射製程技術
5.2.1 蝕刻
5.2.2 選擇性氧化
5.2.3 金屬電極製作
本章習題
參考資料
第六章 紅外光VCSEL技術與應用
6.1 紅外光VCSEL元件
6.1.1 InP異質接麵／量子井麵射型雷射
6.1.2 InGaAs量子井麵射型雷射
6.1.3 InGaAsN量子井麵射型雷射
6.1.4 InAs量子點麵射型雷射
6.2 紅外光VCSEL應用
6.2.1 光通訊應用與高頻操作
6.2.2 光資訊應用與單模操作
6.2.3 感測器應用
本章習題
參考資料
第七章 藍紫光VCSEL技術與應用
7.1 藍紫光VCSEL用之反射鏡
7.2 光激發式藍紫光VCSEL
7.3 電激發式藍紫光VCSEL
7.4 藍紫光VCSEL的近期發展
7.4.1 混閤式氮化鎵VCSEL
7.4.2 介電質氮化鎵VCSEL
參考資料
圖書序言
序
自從日本東京工業大學伊賀健一教授在1979年首次成功製作齣垂直共振腔麵射型雷射(vertical cavity surface emitting lasers, VCSELs)以來，這個全新結構且具備眾多優異操作特性的雷射元件迅速成為各大光電産業及研究機構競相投入開發的新興領域。麵射型雷射也在1990年代中期成功商品化，早期主要應用於短距離光縴通訊收發模組主動光源，也成為推動90年代末期進入網路資訊化社會的主要原動力之一。由於發展過於迅速而且電子商務剛處於萌芽階段，對頻寬需求較大的數位內容相關産業尚未建立，入口網站獲利模式也還不夠明確，因此在21世紀初齣現網路泡沫化危機，對寬頻網路的需求一度停滯並且有許多已經佈建完成的光縴網路也處於閑置狀態未曾被啓用，連帶影響光收發模組需求導緻許多原先從事麵射型雷射研發生産製造的廠商相繼終止投資，並麵臨部門裁撤甚至被購併的危機。此時開始有廠商將麵射型雷射應用於感測器相關用途，開啓另一項潛在市場規模更大的應用。
在2007年起由於智慧型手機開始逐漸普及，社群網站與數位內容影音串流等對高速網路頻寬需求迫切的應用陸續浮現，同時各國網路服務供應商也積極佈建光縴到府等最後一哩(last mile)網路接取基礎建設，因此光通訊模組市場再度活絡，且需求較網路泡沫化之前的高峰期還要可觀，不僅是網路服務需求，數據中心與數位裝置高速傳輸介麵也逐漸需要仰賴麵射型雷射作為具成本效益且低功耗、高性能的傳輸模組主動光源。雖然在2014年就開始有智慧型手機裝設麵射型雷射作為相機對焦輔助光源，但是在2017年全球智慧型手機獲利龍頭廠商首次在旗艦機款搭載具備多顆麵射型雷射主動光源的3D景深辨識係統，瞬間將麵射型雷射的市場需求推升到前所未有的高度，隨著主要手機製造商的跟進，目前麵射型雷射在感測器相關用途的需求已經超越光通訊模組，並且隨著第5代行動通訊(5G)網路的佈建，人工智慧與物聯網AIoT、自駕車技術以及擴增/虛擬實境AR/VR的蓬勃發展，對VCSELs的需求總數還有可能持續攀升。
颱灣學術研究單位與光電産業很早就投入麵射型雷射技術研發，在過去20幾年來已經纍積相當豐碩的研究成果與量産經驗。目前在麵射型雷射領域已經建立完整的上遊磊晶成長、中遊晶粒製造以及下遊封裝模組的産業鏈，所欠缺的部分環節在於最上遊的研發人纔培育以及最後段的産品齣海口係統應用端，這也是附加價值最大的一環，因此為瞭提升麵射型雷射産業整體競爭力，有必要吸引更多優秀人纔投入先進技術研究以及産品應用開發。本書主要目的即在於提供光電相關領域研發人員，以及具備基礎知識的學生及産業分析、産品設計人員一個深入瞭解麵射型雷射技術發展的管道，希望有助於提升並強化相關産業的競爭力。
本書主要針對大專院校及研究所具備物理、電子電機、材料、半導體與光電科技相關背景的學生以及相關産業研發人員，提供一個進階課程所需的參考書籍，同時部分章節中附以範例與章節習題，除瞭可以幫助讀者在研讀時易於瞭解章節的重點外，亦可當作教授大四及研究所以上的教科書使用。全書共分為七章，第一章介紹麵射型雷射發展曆程，第二章簡要說明半導體雷射的基本操作原理，以最早被發明的邊射型雷射(edge emitting laser, EEL)為基礎，先介紹p-n雙異質接麵的操作特性；接著再介紹半導體雷射主動層中電光轉換的部份，也就是增益介質將光放大的特性，之後則討論雷射振盪的條件以及介紹半導體雷射的速率方程式，引入載子生命期、光子生命期、自發性輻射因子等參數，列齣載子密度與光子密度的速率方程式來推導半導體雷射的閾值條件與輸齣特性。第三章針對麵射型雷射結構設計考量，主要於介紹垂直共振腔麵射型雷射的原理、設計、結構與發展現況，其中包含麵射型雷射中重要的高反射率反射鏡DBR(distributed Bragg reflector)的設計與適當的材料選擇，此外對於垂直共振腔麵射型雷射的設計概念、操作特性與溫度效應做詳細的說明，並介紹光學微共振腔的效應。第四章中，我們將運用載子濃度與光子密度的速率方程式，來瞭解雷射操作特性隨時間變化的動態行為。依受到外部調製的大小區分為大信號與小信號分析；在小信號分析裏，我們可以獲取半導體雷射的各種輸齣特性的變化量對應於輸入參數的變化量，我們將介紹半導體雷射係統因為載子濃度與光子密度的速率方程式互相耦閤所産生的共振現象，並推導其在共振時的振盪頻率即弛豫頻率以及其所對應的截止頻率或調製響應的頻寬，接著再介紹當半導體雷射操作在大電流或是高雷射輸齣功率時所産生的非綫性增益飽和的現象，以及其對半導體雷射的弛豫頻率與調製響應頻寬的影響，然後再討論載子濃度與光子密度在小信號近似下隨時間變化的暫態解。在大信號分析的介紹中，會先討論半導體雷射在瞬間輸入電流導通時産生延遲輸齣的原因以及眼圖的概念。而在大信號分析的介紹中，會衍伸齣所謂的雷射輸齣信號啁啾的現象，為瞭說明這個現象我們將介紹所謂的綫寬增強因子在半導體雷射中産生的原因與影響，接著就會推導齣半導體雷射光在頻譜量測中得到的發光綫寬，以瞭解綫寬增強因子在半導體雷射中所扮演的重要角色。最後，將介紹相對強度雜訊的起源與影響，以及和半導體雷射中弛豫振盪的關係。第五章著重於目前最廣泛應用的砷化鎵係列材料麵射型雷射製程技術，特彆是選擇性氧化麵射型雷射製程技術介紹；第六章探討長波長麵射型雷射製作技術以及在光通訊、光資訊以及感測技術上的應用；最後第七章主要介紹短波長的藍綠光、紫光和紫外光氮化鎵麵射型雷射發展。寬能隙藍光氮化鎵材料及其相關的光電元件發展在最近十年內一直是熱門的研究議題，由於氮化鎵材料並無晶格匹配的基闆，因此在磊晶成長高品質氮化鎵薄膜始終麵臨瞭高缺陷密度的問題，加上高濃度的p型氮化鎵製作不易，使得氮化鎵相關的光電元件發展相較於一般三五族材料緩慢許多。現今氮化鎵藍光邊射型雷射已發展相當成熟，並且已有商品化的齣現，然而相較於藍光邊射型雷射而言，藍光VCSEL的發展卻非常緩慢，其中重要的關鍵在於缺少晶格匹配的基闆與高反射率的氮化鎵DBR反射鏡製作睏難，我們將在本章介紹藍紫光VCSEL的技術發展。
本書的部分內容源自作者之一盧廷昌由五南圖書於2008年齣版的《半導體雷射導論》以及2010年齣版的《半導體雷射技術》。之後，五南圖書編輯部常與我聯係，希望我能就其他種類的雷射編寫教科書或專業文獻，隻是礙於繁重的教學與研究工作，一直無法答應，直到這兩年VCSEL的元件需求迅速攀高，加上作者之一的尤信介欣然同意加入撰寫此書的行列，纔能應五南圖書王正華主編的邀請將編撰本書的具體行動付諸實現。
我們想感謝交通大學光電係和光電學院提供良好的環境，讓作者得以在不受打擾的氛圍中埋首寫作！本書的完成經曆瞭許多人的參與協助，特彆感謝五南圖書的編輯部門能迅速將我們的初稿編輯成冊。作者之一盧廷昌要感謝指導教授交大光電係的王興宗老師帶領進入半導體雷射的領域，並持續鼓勵與支持其研究工作，同時也要感謝交大光電係的同仁們的支持與協助，而博士班的學生祖齊、振庭在藍光麵射型雷射、高速操作分析等內容的提供，為本書增添不少可讀性。作者之一的尤信介要感謝在工研院光電所實習期間參與經濟部科專計畫與國閤計畫VCSEL技術研發團隊的指導與協助，包含郭浩中教授、張慶安博士、宋嘉斌博士、楊泓斌博士、祁錦雲博士、林國瑞博士、邱舒偉博士、王智祥博士、吳易座博士、江文章博士、黃俊元博士、賴芳儀博士、張亞銜博士、李晉東博士、陳奕良博士以及俄羅斯科學院Ioffe Institute Dr. A. R. Kovsh, Dr. N. A. Maleev, Dr. S. S. Mikhrin, Dr. D. A. Livshits, Prof. M. Kokorev等，以及成功大學蘇炎坤教授、許渭州教授與張守進教授和在美國進行科技部補助博士後研究計畫期間UCLA電機係王康隆院士與史丹佛大學電機係Prof. J. S. Harris及實驗室團隊成員的諸多協助。
最後，作者盧廷昌要深深感謝在教學、研究還要寫書的過程中不斷給我鼓勵和支持的妻子詠梅。
自從日本東京工業大學伊賀健一教授在1979年首次成功製作齣垂直共振腔麵射型雷射(vertical cavity surface emitting lasers, VCSELs)以來，這個全新結構且具備眾多優異操作特性的雷射元件迅速成為各大光電産業及研究機構競相投入開發的新興領域。麵射型雷射也在1990年代中期成功商品化，早期主要應用於短距離光縴通訊收發模組主動光源，也成為推動90年代末期進入網路資訊化社會的主要原動力之一。由於發展過於迅速而且電子商務剛處於萌芽階段，對頻寬需求較大的數位內容相關産業尚未建立，入口網站獲利模式也還不夠明確，因此在21世紀初齣現網路泡沫化危機，對寬頻網路的需求一度停滯並且有許多已經佈建完成的光縴網路也處於閑置狀態未曾被啓用，連帶影響光收發模組需求導緻許多原先從事麵射型雷射研發生産製造的廠商相繼終止投資，並麵臨部門裁撤甚至被購併的危機。此時開始有廠商將麵射型雷射應用於感測器相關用途，開啓另一項潛在市場規模更大的應用。
在2007年起由於智慧型手機開始逐漸普及，社群網站與數位內容影音串流等對高速網路頻寬需求迫切的應用陸續浮現，同時各國網路服務供應商也積極佈建光縴到府等最後一哩(last mile)網路接取基礎建設，因此光通訊模組市場再度活絡，且需求較網路泡沫化之前的高峰期還要可觀，不僅是網路服務需求，數據中心與數位裝置高速傳輸介麵也逐漸需要仰賴麵射型雷射作為具成本效益且低功耗、高性能的傳輸模組主動光源。雖然在2014年就開始有智慧型手機裝設麵射型雷射作為相機對焦輔助光源，但是在2017年全球智慧型手機獲利龍頭廠商首次在旗艦機款搭載具備多顆麵射型雷射主動光源的3D景深辨識係統，瞬間將麵射型雷射的市場需求推升到前所未有的高度，隨著主要手機製造商的跟進，目前麵射型雷射在感測器相關用途的需求已經超越光通訊模組，並且隨著第5代行動通訊(5G)網路的佈建，人工智慧與物聯網AIoT、自駕車技術以及擴增/虛擬實境AR/VR的蓬勃發展，對VCSELs的需求總數還有可能持續攀升。
颱灣學術研究單位與光電産業很早就投入麵射型雷射技術研發，在過去20幾年來已經纍積相當豐碩的研究成果與量産經驗。目前在麵射型雷射領域已經建立完整的上遊磊晶成長、中遊晶粒製造以及下遊封裝模組的産業鏈，所欠缺的部分環節在於最上遊的研發人纔培育以及最後段的産品齣海口係統應用端，這也是附加價值最大的一環，因此為瞭提升麵射型雷射産業整體競爭力，有必要吸引更多優秀人纔投入先進技術研究以及産品應用開發。本書主要目的即在於提供光電相關領域研發人員，以及具備基礎知識的學生及産業分析、産品設計人員一個深入瞭解麵射型雷射技術發展的管道，希望有助於提升並強化相關産業的競爭力。
本書主要針對大專院校及研究所具備物理、電子電機、材料、半導體與光電科技相關背景的學生以及相關産業研發人員，提供一個進階課程所需的參考書籍，同時部分章節中附以範例與章節習題，除瞭可以幫助讀者在研讀時易於瞭解章節的重點外，亦可當作教授大四及研究所以上的教科書使用。全書共分為七章，第一章介紹麵射型雷射發展曆程，第二章簡要說明半導體雷射的基本操作原理，以最早被發明的邊射型雷射(edge emitting laser, EEL)為基礎，先介紹p-n雙異質接麵的操作特性；接著再介紹半導體雷射主動層中電光轉換的部份，也就是增益介質將光放大的特性，之後則討論雷射振盪的條件以及介紹半導體雷射的速率方程式，引入載子生命期、光子生命期、自發性輻射因子等參數，列齣載子密度與光子密度的速率方程式來推導半導體雷射的閾值條件與輸齣特性。第三章針對麵射型雷射結構設計考量，主要於介紹垂直共振腔麵射型雷射的原理、設計、結構與發展現況，其中包含麵射型雷射中重要的高反射率反射鏡DBR(distributed Bragg reflector)的設計與適當的材料選擇，此外對於垂直共振腔麵射型雷射的設計概念、操作特性與溫度效應做詳細的說明，並介紹光學微共振腔的效應。第四章中，我們將運用載子濃度與光子密度的速率方程式，來瞭解雷射操作特性隨時間變化的動態行為。依受到外部調製的大小區分為大信號與小信號分析；在小信號分析裏，我們可以獲取半導體雷射的各種輸齣特性的變化量對應於輸入參數的變化量，我們將介紹半導體雷射係統因為載子濃度與光子密度的速率方程式互相耦閤所産生的共振現象，並推導其在共振時的振盪頻率即弛豫頻率以及其所對應的截止頻率或調製響應的頻寬，接著再介紹當半導體雷射操作在大電流或是高雷射輸齣功率時所産生的非綫性增益飽和的現象，以及其對半導體雷射的弛豫頻率與調製響應頻寬的影響，然後再討論載子濃度與光子密度在小信號近似下隨時間變化的暫態解。在大信號分析的介紹中，會先討論半導體雷射在瞬間輸入電流導通時産生延遲輸齣的原因以及眼圖的概念。而在大信號分析的介紹中，會衍伸齣所謂的雷射輸齣信號啁啾的現象，為瞭說明這個現象我們將介紹所謂的綫寬增強因子在半導體雷射中産生的原因與影響，接著就會推導齣半導體雷射光在頻譜量測中得到的發光綫寬，以瞭解綫寬增強因子在半導體雷射中所扮演的重要角色。最後，將介紹相對強度雜訊的起源與影響，以及和半導體雷射中弛豫振盪的關係。第五章著重於目前最廣泛應用的砷化鎵係列材料麵射型雷射製程技術，特彆是選擇性氧化麵射型雷射製程技術介紹；第六章探討長波長麵射型雷射製作技術以及在光通訊、光資訊以及感測技術上的應用；最後第七章主要介紹短波長的藍綠光、紫光和紫外光氮化鎵麵射型雷射發展。寬能隙藍光氮化鎵材料及其相關的光電元件發展在最近十年內一直是熱門的研究議題，由於氮化鎵材料並無晶格匹配的基闆，因此在磊晶成長高品質氮化鎵薄膜始終麵臨瞭高缺陷密度的問題，加上高濃度的p型氮化鎵製作不易，使得氮化鎵相關的光電元件發展相較於一般三五族材料緩慢許多。現今氮化鎵藍光邊射型雷射已發展相當成熟，並且已有商品化的齣現，然而相較於藍光邊射型雷射而言，藍光VCSEL的發展卻非常緩慢，其中重要的關鍵在於缺少晶格匹配的基闆與高反射率的氮化鎵DBR反射鏡製作睏難，我們將在本章介紹藍紫光VCSEL的技術發展。
本書的部分內容源自作者之一盧廷昌由五南圖書於2008年齣版的《半導體雷射導論》以及2010年齣版的《半導體雷射技術》。之後，五南圖書編輯部常與我聯係，希望我能就其他種類的雷射編寫教科書或專業文獻，隻是礙於繁重的教學與研究工作，一直無法答應，直到這兩年VCSEL的元件需求迅速攀高，加上作者之一的尤信介欣然同意加入撰寫此書的行列，纔能應五南圖書王正華主編的邀請將編撰本書的具體行動付諸實現。
我們想感謝交通大學光電係和光電學院提供良好的環境，讓作者得以在不受打擾的氛圍中埋首寫作！本書的完成經曆瞭許多人的參與協助，特彆感謝五南圖書的編輯部門能迅速將我們的初稿編輯成冊。作者之一盧廷昌要感謝指導教授交大光電係的王興宗老師帶領進入半導體雷射的領域，並持續鼓勵與支持其研究工作，同時也要感謝交大光電係的同仁們的支持與協助，而博士班的學生祖齊、振庭在藍光麵射型雷射、高速操作分析等內容的提供，為本書增添不少可讀性。作者之一的尤信介要感謝在工研院光電所實習期間參與經濟部科專計畫與國閤計畫VCSEL技術研發團隊的指導與協助，包含郭浩中教授、張慶安博士、宋嘉斌博士、楊泓斌博士、祁錦雲博士、林國瑞博士、邱舒偉博士、王智祥博士、吳易座博士、江文章博士、黃俊元博士、賴芳儀博士、張亞銜博士、李晉東博士、陳奕良博士以及俄羅斯科學院Ioffe Institute Dr. A. R. Kovsh, Dr. N. A. Maleev, Dr. S. S. Mikhrin, Dr. D. A. Livshits, Prof. M. Kokorev等，以及成功大學蘇炎坤教授、許渭州教授與張守進教授和在美國進行科技部補助博士後研究計畫期間UCLA電機係王康隆院士與史丹佛大學電機係Prof. J. S. Harris及實驗室團隊成員的諸多協助。
最後，作者盧廷昌要深深感謝在教學、研究還要寫書的過程中不斷給我鼓勵和支持的妻子詠梅。
圖書試讀
1.1 雷射發展曆史
LASER是「light amplification by stimulated emission of radiation」的縮寫，颱灣音譯為雷射，中國大陸意譯為激光，意指光在受激發放大情況下所産生的同調光源。在1964年諾貝爾物理奬頒發給公認雷射理論奠基者包含Charles Townes，Nikolay Basov與Alexander Prokhorov三人之前，不同種類的雷射以及相關專利已經陸續被實際製作齣來，包括1960年在休斯實驗室（Hughes Research Laboratories）任職的梅曼（Theodore Maiman）[1]利用閃光燈脈衝光源激發紅寶石晶體産生有史以來第一道人造的同調光源，發光波長為694.3nm，同一年任職於美國電話電報公司（AT&T）貝爾實驗室（Bell Lab.）的Ali Javan，William Bennett和Donald Herriott成功製作瞭第一颱利用氦氣和氖氣作為增益介質的氣體雷射（HeNe laser）[2]，這也是第一個連續波（continuous wave, CW）操作的雷射光源，發光波長為1153nm[3]，半年後另一團隊所製作的氦氖雷射發光波長632.8nm成為稍後較為普遍被採用的紅光雷射光源[4]。
Ali Javan與Nikolay Basov提齣利用半導體材料製作雷射二極體的構想，但是稍早在1956年的時候日本東北大學的西澤潤一教授已經提齣雷射二極體的專利申請，甚至比1958年Gordon Gould提齣LASER名詞縮寫的時間都還要更早。在1962年Robert N. Hall首次利用砷化鎵（GaAs）材料同質接麵（homojunction）結構製作齣第一個雷射二極體[5]，發光波長為842nm，可以在77K液態氮溫度下脈衝操作（pulse operation），同年Nick Holonyak Jr.教授在任職於通用電氣公司（General Electric Co.）時率先採用磷砷化鎵（GaAsP）製作齣第一個可見光波段的紅光半導體雷射二極體[6]並發明瞭第一個紅光發光二極體（light emitting diodes, LED），在1962年底前GE已經開始販售Robert N. Hall開發的砷化鎵雷射二極體和Nick Holonyak Jr.教授開發的磷砷化鎵雷射二極體與發光二極體，其中紅光LED一顆售價260美元，砷化鎵紅外光雷射二極體售價1300美元，磷砷化鎵紅光雷射二極體售價2600美元，同時期德州儀器公司（Texas Instruments, TI）販售的砷化鎵紅外光發光二極體售價為130美元[7]。
LASER是「light amplification by stimulated emission of radiation」的縮寫，颱灣音譯為雷射，中國大陸意譯為激光，意指光在受激發放大情況下所産生的同調光源。在1964年諾貝爾物理奬頒發給公認雷射理論奠基者包含Charles Townes，Nikolay Basov與Alexander Prokhorov三人之前，不同種類的雷射以及相關專利已經陸續被實際製作齣來，包括1960年在休斯實驗室（Hughes Research Laboratories）任職的梅曼（Theodore Maiman）[1]利用閃光燈脈衝光源激發紅寶石晶體産生有史以來第一道人造的同調光源，發光波長為694.3nm，同一年任職於美國電話電報公司（AT&T）貝爾實驗室（Bell Lab.）的Ali Javan，William Bennett和Donald Herriott成功製作瞭第一颱利用氦氣和氖氣作為增益介質的氣體雷射（HeNe laser）[2]，這也是第一個連續波（continuous wave, CW）操作的雷射光源，發光波長為1153nm[3]，半年後另一團隊所製作的氦氖雷射發光波長632.8nm成為稍後較為普遍被採用的紅光雷射光源[4]。
Ali Javan與Nikolay Basov提齣利用半導體材料製作雷射二極體的構想，但是稍早在1956年的時候日本東北大學的西澤潤一教授已經提齣雷射二極體的專利申請，甚至比1958年Gordon Gould提齣LASER名詞縮寫的時間都還要更早。在1962年Robert N. Hall首次利用砷化鎵（GaAs）材料同質接麵（homojunction）結構製作齣第一個雷射二極體[5]，發光波長為842nm，可以在77K液態氮溫度下脈衝操作（pulse operation），同年Nick Holonyak Jr.教授在任職於通用電氣公司（General Electric Co.）時率先採用磷砷化鎵（GaAsP）製作齣第一個可見光波段的紅光半導體雷射二極體[6]並發明瞭第一個紅光發光二極體（light emitting diodes, LED），在1962年底前GE已經開始販售Robert N. Hall開發的砷化鎵雷射二極體和Nick Holonyak Jr.教授開發的磷砷化鎵雷射二極體與發光二極體，其中紅光LED一顆售價260美元，砷化鎵紅外光雷射二極體售價1300美元，磷砷化鎵紅光雷射二極體售價2600美元，同時期德州儀器公司（Texas Instruments, TI）販售的砷化鎵紅外光發光二極體售價為130美元[7]。
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