VCSEL 技術原理與應用 epub pdf txt mobi 電子書 下載 2024

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垂直共振腔面射型雷射的發展與量產將近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，因此相關產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產業研發人員，提供一個進階課程所需的參考書。全書共分為七章，第一章將介紹面射型雷射發展歷程，第二章主要說明半導體雷射操作原理接續第三章針對面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系列材料面射型雷射製程技術，第六章探討長波長面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系列材料製作短波長面射型雷射之最新進展以及相關應用及發展趨勢。

　　臺灣在面射型雷射技術研發已經形成涵蓋上中下游的磊晶成長、晶粒製程與封裝模組的完整產業鏈，希望讀者能藉由本書了解相關產業發展概況並激發深入研究的動機與興趣。
 

作者簡介

盧廷昌

　　國立交通大學光電系特聘教授兼系主任

尤信介

　　國立交通大學照明與能源光電研究所助理教授
 

第一章　垂直共振腔面射型雷射的發展
1.1　雷射發展歷史
1.2　面射型雷射發展歷程
1.3　面射型雷射之優點
1.4　面射型雷射初期研發進展
1.5　可見光面射型雷射
1.6　長波長面射型雷射
1.7　多波長與可調波長面射型雷射
1.8　短波長面射型雷射
參考資料

第二章　半導體雷射基本操作原理與結構
2.1　雙異質接面
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出特性
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　垂直共振腔面射型雷射之特性
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　非線性增益飽和效應　
4.1.3　高速雷射調制之設計　
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　大信號調制之數值解　
4.3　線寬增強因子與啁啾
4.3.1　頻率啁啾與頻率調制　
4.3.2　半導體雷射之發光線寬
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　折射率波導　
5.1.3　離子佈植法　
5.1.4　氧化侷限法　
5.2　面射型雷射製程技術
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異質接面／量子井面射型雷射　
6.1.2　InGaAs量子井面射型雷射　
6.1.3　InGaAsN量子井面射型雷射　
6.1.4　InAs量子點面射型雷射　
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　混合式氮化鎵VCSEL　
7.4.2　介電質氮化鎵VCSEL　
參考資料

1.1　雷射發展歷史
 
LASER是「light amplification by stimulated emission of radiation」的縮寫，台灣音譯為雷射，中國大陸意譯為激光，意指光在受激發放大情況下所產生的同調光源。在1964年諾貝爾物理獎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出來，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產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成功製作了第一台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提出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出雷射二極體的專利申請，甚至比1958年Gordon Gould提出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）材料同質接面（homojunction）結構製作出第一個雷射二極體[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）製作出第一個可見光波段的紅光半導體雷射二極體[6]並發明了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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