半导体光子学/中国科学院大学研究生教材系列 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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余金中 著

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• 半导体光子学
• 光子学
• 半导体
• 光学
• 物理
• 材料科学
• 电子工程
• 通信
• 中国科学院大学
• 研究生教材

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030442178

版次：1

商品编码：11705969

包装：平装

丛书名： 中国科学院大学研究生教材系列

开本：32开

出版时间：2015-06-01

用纸：胶版纸

页数：420

正文语种：中文

内容简介

　　光子学是与电子学平行的科学。半导体光子学是以半导体为介质的光子学，专门研究半导体中光子的行为和性能，着重研究光的产生、传输、控制和探测等特性，进一步设计半导体光子器件的结构，分析光学性能及探索半导体光子系统的应用。《半导体光子学》分为13章，包括光子材料、异质结构和能带、辐射复合发光和光吸收、光波传输模式；超晶格和量子阱、发光管、激光器、探测器、光波导器件和太阳能电池等光子器件的工作原理；器件结构和特性以及光子晶体、光子集成等方面。作者在中国科学院大学（原研究生院）兼职教学18年，《半导体光子学》以该课程的讲义为基础历时3年写成，力求对半导体光子学的基本概念、光子器件的物理内涵和前沿研究的发展趋势作深入的描述和讨论，尽可能地提供明晰的物理图像和翔实的数据与图表。

目录

序
前言
第1章 引言
1.1 信息时代的前沿学科——光子学
1.2 电子和光子的比较
1.3 半导体电子学的发展历程
1.4 半导体光子学的发展历程
1.5 本书的内容
参考文献

第2章 半导体光子材料
2.1 引言
2.2 半导体光子材料
2.2.1 半导体光子材料的基本特性
2.2.2 半导体光子材料的晶体结构
2.3 半导体的晶格匹配和失配
2.3.1 临界厚度
2.3.2 晶格失配度
2.4 半导体固溶体
2.5 重要的半导体固溶体
2.5.1 Alx-a1-xAs
2.5.2 -axIn1-xPyAs1-y
2.5.3 （Alx-a1-x）yIn1-yP
2.5.4 GexSi1-x
2.6 半导体光子材料的折射率
2.7 结束语
参考文献

第3章 半导体异质结构
3.1 引言
3.2 半导体异质结概念
3.3 能带的形成
3.4 半导体异质结构的能带图
3.4.1 半导体的E-k关系能带图
3.4.2 安德森能带模型
3.5 几种异质结的能带图
3.5.1 异型异质结的能带图
3.5.2 异型突变异质结
3.5.3 缓变异质结
3.5.4 同型突变异质结
3.5.5 双异质结
3.6 异质结的电学性质
3.6.1 异质结的伏-安特性
3.6.2 异质结的电容-电压特性
3.6.3 异质结对载流子的限制作用
3.6.4 异质结的高注入比
3.6.5 异质结的超注入现象
3.7 异质结的光学特性
3.7.1 异质结对光的限制作用
3.7.2 窗口效应
3.8 结束语
参考文献

第4章 介质波导
4.1 引言
4.2 光的反射和折射
4.2.1 反射定律
4.2.2 折射定律
4.2.3 反射率和透射率
4.2.4 布儒斯特定律
4.2.5 临界角和全反射
4.3 电磁场理论
4.3.1 麦克斯韦方程
4.3.2 波动方程
4.3.3 平面波
4.3.4 有损耗的介质中的平面波
4.4 辐射模?衬底模和波导模
4.5 平板介质波导
4.5.1 全反射
4.5.2 波导条件
4.6 平板介质波导中的TE模
4.6.1 对称波导
4.6.2 偶阶TE模式
4.6.3 奇阶TE模式
4.7 矩形介质波导
4.8 古斯-汉欣位移
4.9 光的模式
4.1 0 结束语
参考文献

第5章 半导体中的光发射和光吸收
5.1 引言
5.2 辐射复合和非辐射复合
5.2.1 辐射复合
5.2.2 非辐射复合
5.3 光辐射和光吸收的关系
5.3.1 光辐射和光吸收的基本概念
5.3.2 黑体辐射
5.3.3 爱因斯坦关系式
5.3.4 半导体中受激辐射的必要条件
5.3.5 净受激发射的速率
5.3.6 两个能级间的光吸收系数
5.4 跃迁几率
5.4.1 费米黄金准则
5.4.2 矩阵元
5.5 半导体中的态密度
5.6 半导体中的光吸收和光发射
5.6.1 吸收系数
5.6.2 自发辐射和受激辐射速率
5.7 半导体中的光增益
5.8 结束语
参考文献

第6章 半导体发光二极管
6.1 引言
6.2 pn结中的载流子分布
6.3 半导体pn结特性
6.3.1 热平衡时的pn结特性
6.3.2 外加偏压时的pn结特性
6.4 半导体发光二极管材料
6.5 发光二极管的工作原理
6.6 LED器件结构
6.7 高亮度发光二极管和超辐射发光二极管
6.7.1 高亮度发光二极管
6.7.2 超辐射发光二极管
6.8 发光二极管的特性
6.8.1 伏-安特性
6.8.2 P-I 特性
6.8.3 温度特性
6.8.4 光谱特性
6.8.5 调制带宽
6.8.6 发光效率绾统龉庑�率鏾ut
6.8.7 相干特性
6.8.8 近场和远场分布特性
6.8.9 调制特性和偏振特性
6.9 结束语
参考文献

第7章 半导体激光器
7.1 引言
7.2 异质结对载流子和光波的限制
7.2.1 异质结对载流子的限制
7.2.2 波导对光波的限制
7.2.3 折射率波导和增益波导
7.3 半导体激光器的工作原理
7.3.1 半导体受激发射物质
7.3.2 粒子数反转
7.3.3 谐振腔
7.3.4 阈值条件
7.4 半导体激光器的基本结构
7.4.1 DH?LOC和SCH 激光器
7.4.2 条型激光器
7.5 半导体激光器的特性
7.5.1 P-I 和效率特性
7.5.2 阈值特性
7.5.3 效率特性
7.5.4 光谱和模式
7.5.5 近场图和远场图
7.5.6 温度特性
7.5.7 调制特性
7.5.8 退化和寿命
7.6 结束语
参考文献

第8章 量子阱?分布反馈?垂直腔面发射激光器和半导体光放大器
8.1 引言
8.2 超晶格和量子结构
8.2.1 超晶格和量子结构的基本概念
8.2.2 量子结构的能带图和态密度
8.2.3 单量子阱和多量子阱
8.2.4 应变量子阱
8.3 量子阱激光器
8.3.1 量子阱激光器的工作原理
8.3.2 应变量子阱激光器
8.3.3 量子阱激光器的特性
8.4 分布反馈激光器和分布布拉格反射激光器
8.4.1 布拉格光栅
8.4.2 DFB和DBR激光器的结构
8.4.3 光波耦合理论
8.4.4 四分之一波长相移的DFB激光器
8.4.5 DFB激光器的特性
8.5 垂直腔面发射激光器
8.5.1 多层介质膜反射器
8.5.2 VCSEL激光器的结构
8.5.3 VCSEL激光器的特性
8.6 半导体光放大器
8.6.1 半导体光放大器的结构
8.6.2 半导体光放大器的增益
8.6.3 半导体光放大器的噪声
8.7 结束语
参考文献

第9章 光波导器件
9.1 光波导中的模式的计算方法
9.1.1 束传播法
9.1.2 时域有限差分法
9.1.3 薄膜匹配法
9.2 脊形波导的单模条件
9.2.1 矩形截面脊形波导的单模条件
9.2.2 梯形截面脊形波导的单模条件
9.2.3 纳米波导的单模条件
9.3 硅基阵列波导光栅
9.3.1 罗兰圆和AW-的结构
9.3.2 AW-的工作原理
9.3.3 AW-的特性
9.4 微环谐振器
9.4.1 微环谐振器的结构
9.4.2 微环谐振器的光学特性
9.4.3 光滤波器
9.5 光调制器/光开关
9.5.1 硅基波导的调制机理
9.5.2 硅基光开关/调制器的光学结构
9.5.3 光开关/调制器的电学结构
9.5.4 硅基微纳光开关/调制器的特性
9.6 硅基光耦合器
9.6.1 硅基光耦合器的结构
9.6.2 模斑变换器
9.6.3 棱镜耦合器
9.6.4 光栅耦合器
9.7 结束语
参考文献

第10章 半导体光电探测器
10.1 半导体中的光吸收
10.1.1 吸收系数
10.1.2 带间本征光吸收
10.1.3 自由载流子光吸收
10.2 pn结光电二极管
10.3 pin光电二极管
10.4 雪崩光电二极管
10.5 RCE光电探测器
10.6 MSM 光电二极管
10.7 半导体光电探测器的性能
10.7.1 量子效率和响应度
10.7.2 雪崩倍增因子M
10.7.3 暗电流和信噪比
10.7.4 响应时间
10.8 结束语
参考文献

第11章 太阳能电池
11.1 太阳能——最好的能源
11.2 太阳能电池工作原理
11.2.1 光伏效应
11.2.2 太阳能电池的电流-电压特性
11.2.3 光伏效应同材料的关系
11.2.4 太阳能电池的效率
11.3 硅太阳能电池
11.4 非晶硅薄膜太阳能电池
11.4.1 非晶硅薄膜的结构和电子态
11.4.2 非晶硅薄膜的光学特性
11.4.3 非晶硅和非晶锗硅电池
11.5 其他硅基太阳能电池
11.5.1 非晶硅/微晶硅叠层电池
11.5.2 硅量子点电池和黑硅电池
11.6 聚光多结太阳能电池
11.6.1 多结太阳能电池的结构
11.6.2 多结太阳能电池的特性
11.7 太阳能电池的发展趋势
11.8 结束语
参考文献

第12章 半导体光子晶体
12.1 光子晶体
12.1.1 光子晶体概念
12.1.2 光子晶体的特性
12.2 光子晶体能带的计算
12.2.1 基于Bloch理论的平面波展开法
12.2.2 时域有限差分法
12.2.3 超元胞法
12.2.4 计算举例——负折射效应
12.3 光子晶体的应用
12.3.1 光子晶体的能带同器件的关系
12.3.2 光子晶体波导
12.3.3 光子晶体分束器和定向耦合器
12.3.4 光子晶体滤波器
12.3.5 光子晶体光开关/调制器
12.3.6 光子晶体发光器件
12.4 光子晶体的制备
12.5 结束语
参考文献

第13章 半导体光子集成
13.1 信息时代需要光子集成
13.2 光子集成的平台
13.2.1 InP平台和Si平台的比较
13.2.2 SOI
13.3 光子集成的关键技术
13.3.1 外延生长技术
13.3.2 微纳加工技术
13.3.3 键合技术
13.4 硅基光子集成
13.4.1 硅基光子集成方式
13.4.2 硅基光波导器件阵列
13.4.3 硅基光子集成的光源和探测
13.5 光子集成的发展趋势
参考文献
索引

精彩书摘

　　《半导体光子学/中国科学院大学研究生教材系列》：
　　第1章 引言
　　1.1 信息时代的前沿学科——光子学
　　在科学史上，20世纪是值得大书特书的历史时期，是人类文明史中的辉煌时代。简单地划分一下，20世纪的前五十年中，物理学研究获得特别重大的突破，以爱因斯坦相对论为代表的理论研究和以居里夫妇的放射性探索为代表的科学实验为人类开辟了新的纪元。20世纪的后五十年中，应用科学的研究和开发获得特别重大的突破，晶体管、集成电路和激光器的发明大大加速了信息的传输速度和各种控制的精确度，彻底地改变了人类社会的工作模式和生活方式，人类从此进入了一个高速发展的时期。
　　图1-1是20世纪的著名物理学家们聚会时的一张合影，这是一张非常珍贵的照片。照片中留下了爱因斯坦、居里夫人、普朗克、洛伦兹、朗之万、居伊、威尔逊、德拜、布拉格、狄拉克、康普顿、德布罗意、玻恩、玻尔、薛定谔、泡利、布里渊等人的身影。凡是学过物理学的人都熟悉他们的名字，学习过以他们的名字命名的定理、定律或物理量单位。这从一个侧面说明，在他们所处的年代，物理学在基础理论方面获得了特别重大的进展，真正是群星灿烂、熠熠生辉。
　　麦克斯韦、玻尔兹曼、爱因斯坦、布拉格、狄拉克、康普顿、德布罗意、玻尔、薛定谔、泡利、布里渊等科学家创建的电磁学、量子力学和相对论等理论，使人们对物质世界的本质和运动规律有了深刻的理解和认识，使得人类对物质世界的利用和改造变得越来越快。这些基础科学和应用科学的研究引发了电子技术、能源技术和自动化技术等领域划时代的革命性飞跃。集成电路、激光器、计算机与光通信的发展把人类社会的物质文明推进到前所未有的高度，为新世纪的持续发展奠定了坚实雄厚的基础。作为信息与能量的载体，电子在科学技术的发展中作出了历史性的巨大贡献，科学家和工程师们常把20世纪称为“电子时代”。同样地，作为信息与能量的载体，光子必将在21世纪的科学技术的发展中作出历史性的巨大贡献。
　　1906年首次出现“光子学”（photonics）这一物理学名词，最早提出“光子学”的科学家就是举世闻名的物理学家爱因斯坦（Einstein）。1952年文献中开始使用“光子学”一词。1970年荷兰科学家Poldervaart将“光子学”定义为“研究以光子为信息载体的科学”，之后，他认为“以光子作为能量载体的科学”也属于光子学的研究内容。1982年美国的Spectra 杂志更名为Photonics-Spectra，即由“光谱”更名为“光子学-光谱”，这是最早以“光子学”为期刊名字的杂志，该刊物提出光子学是研究如何产生量子化的光子或其他辐射并加以利用的科学，光子学的应用范围包括能量的发生到通信与信息处理等。贝尔实验室Ross博士认为，“电子学是关于电子的科学”，光子学则应是“关于光子的科学”。我国老一辈科学家钱学森院士提出，“光子学是与电子学平行的科学”，它主要“研究光子的产生、运动和转化”，还首次提出了“光子学-光子技术-光子工业”的发展模式。
　　显而易见，光子既是信息的载体，也是能量的载体。光子学就是研究作为信息载体和能量载体的光子的行为及其应用的科学；光子学研究光子与物质（包括光子自身、电子、原子、分子、各种生命活体等）的相互作用，在此基础上进一步发掘作为信息载体与能量载体的光子的功能和相关应用[1，2]。
　　广义而言，光子学是研究光子的产生、输运、控制、反应、探测、接收等过程及其应用的科学。理论上，光子学主要研究光子的量子特性，同各类物质（包括分子、原子、电子以及光子自身）的相互作用，各类效应及其规律；应用上，光子学研究利用光子进行信息传输和能量传输的各种器件和系统，以便在信息和能源等领域中获得广泛的应用[3-5]。
　　光子学是一门实用性极强的学科，已经形成了一系列的光子技术，如激光、光纤传输、光调制与光开关、光存储、光探测、光显示、太阳能的利用等技术。因此光子学不仅是一门基础科学，同时还是一门应用性极强的技术科学[6，7]。
　　作为一门新兴学科，光子学正处于成长时期，将进一步发展、充实、完善。事实上，光子学已经形成了光产业，激光器、探测器、调制器、光开关、光盘、显示器、太阳能电站及其各种光电系统等具有很大的市场，这些产品在工农业生产、国防建设、太阳能利用、仪器设备、家用电器等应用中发挥着巨大的作用，已经形成了一项市场很大的新兴产业，即光产业。人们越来越认识到，光产业在世界经济中的份额正在不断地扩大。
　　在光子学的发展过程中，已经形成诸多活跃的和重要的研究领域：信息光子学[8]、半导体光子学[9，10]、量子光子学[11]、分子光子学[12]、生物光子学[13]、非线性光子学[14]、导波（光纤）光子学[4，5]、超快光子学[15]等。它们构成光子学中的多个分支学科，并对光子学及光子技术起着推动和促进的作用。
　　20世纪，电子作为信息的载体和能量的载体构成信息领域和能源领域的主要特征和标志，人们常常将20世纪称为“电子时代”。进入21世纪之后，电子学和光子学互为支撑、互为补充、互为转换，构成21世纪信息社会的时代特征。21世纪信息大爆炸，信息的产生、传递、接收、应用变得更为广泛、深入，人们将21世纪称为“信息时代”。显而易见，电子学和光子学同为信息时代的重要支柱[16-18]。
　　继电子学之后，光子学与信息科学的交叉形成一门新兴的学科——信息光子学（informationphotonics）[8]，光子学及光子信息科学技术具有许多不同于电子学的新效应、新特性，因而具有许多不同于电子学的优越性。作为专门研究信息的信息光子学，它涉及领域很广，它是由材料学、计算科学、通信学等许多学科相互交叉形成的一门新学科。在广播、通信、计算机、化工、医疗等应用领域中信息是载体，通过光的发射、传播、吸收、散射，可以探测并研究物理信息、化学信息、生物信息、医学信息等，因而可以实现许多应用。
　　近年来生物学和生命科学变得越来越热门，它们是光子学的又一个重要应用领域。光与生命具有不解之缘，自然界中有光才有生命。人类与光亲密相伴，光为人体提供了各种能源和信息。生物医学光学与光子学骤然兴起，并引发出一门新兴的学科———生物光子学（bio-photonics）[13]，它是由光子学同生命科学相互交叉、相互渗透所形成的一门新兴的交叉学科。
　　生物光子学是利用光子研究生命的科学，主要以量子光学作为理论基础，以生命系统的弱光及超弱光子辐射作为实验手段，探测生物中的光子行为和特性，获得各种生物信息。生物光子学研究生物系统中以光子形式储存和释放的能量，探测生物系统中光子的行为和特性，探索光子携带的生物信息和功能信息，进而表征生物系统的结构与特征，揭示生物组织和生命体的自组织、自相似、自调节、自适应和遗传性状等的光物理本质，使生命科学直接深入到物质结构的深层次以及生命体相互作用的微观机制和物理本质，建立和发展以新陈代谢作用为主要特征和标志的生物光子学理论，同时还可以利用光子对生物系统进行加工与改造。
　　同信息光子学、生物光子学等相似，量子光子学、分子光子学、非线性光子学、超快光子学等光子学分支都有它们的研究领域和内容，我们不再对它们进行定义和深入的解释。
　　本书讲解的主要内容是半导体光子学，这是以半导体材料为介质的光子学，它专门研究光子在半导体材料中的行为和特性，着重研究光在半导体中的产生、传输、控制和探测等特性，进一步设计半导体光子器件的结构并分析其光学性能、探索半导体光子系统和应用，我们将对这些内容进行详细的描述和深入的讨论。
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前言/序言

《半导体光子学》：解锁光电转换的奥秘，洞察信息时代的基石 本书旨在为中国科学院大学的硕士及博士研究生深入阐释半导体光子学的核心理论、关键技术及其前沿应用。作为信息科学与技术领域不可或缺的一环，半导体光子学是实现高效光信号产生、传输、探测与调控的基石，更是推动光通信、光计算、光传感、生物医学成像乃至新能源等诸多领域实现跨越式发展的关键驱动力。本书力求以严谨的学术视角、清晰的逻辑结构和详实的案例分析，引领读者全面掌握这一前沿学科的精髓。 第一部分：半导体光子学基础理论 本书的开篇将系统梳理半导体光子学所需的物理基础。我们将从固体能带理论出发，深入探讨半导体材料的电子结构，包括直接带隙与间接带隙的特性、载流子输运机制以及掺杂对能带结构的影响。在此基础上，重点介绍半导体中的光学特性，如吸收、发射、反射和折射。通过对量子力学原理的深入剖析，我们将揭示光子与半导体载流子之间的相互作用，包括激子形成、载流子复合发光（如荧光和磷光）以及光生载流子的产生与收集机制。 材料科学是半导体光子学发展的重要支撑。本书将详细介绍几种主流的半导体材料，如硅（Si）、砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、氮化镓（GaN）及其化合物半导体。我们将探讨它们的晶体结构、带隙能量、载流子迁移率、光学非线性特性以及热学和力学性能，并重点分析不同材料在特定波段（如可见光、近红外、中红外）的光学性能优势与劣势。此外，本书还将介绍生长高质量半导体材料的技术，如分子束外延（MBE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）等，并探讨异质外延、量子阱、量子点等纳米结构对材料光学特性的调控作用。 电磁波与半导体材料的相互作用是半导体光子学研究的核心。本书将从麦克斯韦方程组出发，推导光波在半导体介质中的传播方程，并引入半导体中的介电常数、磁导率等光学参数。我们将深入探讨光的反射、折射、衍射、干涉等基本光学现象在半导体结构中的表现，并重点分析表面等离激元（Surface Plasmon Polaritons, SPPs）、光子晶体（Photonic Crystals, PhCs）等概念，阐述它们如何实现对光场的局域化、引导和调控，为微纳光器件的设计奠定理论基础。 第二部分：核心半导体光电器件 在扎实的理论基础上，本书将重点剖析半导体光电子学的关键器件。 2.1 光源器件： 半导体激光器（Semiconductor Lasers）： 作为信息传输和处理的核心光源，我们将详细介绍不同类型的半导体激光器，包括p-n结激光器、量子阱激光器（QW Lasers）、量子点激光器（QD Lasers）以及分布式反馈（DFB）激光器和分布布拉格反射器（DBR）激光器等。内容将涵盖激光器的基本工作原理，如受激辐射、阈值电流、光腔结构、增益机制、光束质量、谱线宽度以及调制特性。我们将深入分析不同结构激光器的设计理念、性能特点以及在光通信、激光显示、光谱测量等领域的应用。 发光二极管（Light Emitting Diodes, LEDs）： 作为高效的光源，LEDs在照明、显示、指示等领域扮演着重要角色。本书将阐述LEDs的发光机理，包括不同类型LEDs（如pn结LEDs、异质结构LEDs）的工作原理，重点介绍发光效率、颜色特性、驱动电路以及封装技术。特别是高亮度LEDs和有机LEDs（OLEDs）的进展和发展趋势也将得到深入探讨。 2.2 探测器器件： 半导体光电探测器（Semiconductor Photodetectors）： 用于将光信号转换为电信号，光电探测器是光通信接收端和各类光传感系统的核心。本书将介绍p-n结光电二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APDs）以及光电倍增管（PMTs）等。我们将深入分析其工作原理、响应速度、量子效率、噪声机制、探测率等关键性能参数，并探讨其在高速光通信、成像、计量等方面的应用。 CMOS图像传感器（CMOS Image Sensors）： 作为现代数码相机、手机摄像头等成像设备的核心，CMOS图像传感器以其低功耗、高集成度等优势广泛应用。本书将详细介绍CMOS图像传感器的结构、工作原理，包括像素结构（光电二极管、微透镜、色彩滤光片）、读出电路、信号处理等，并探讨其在分辨率、灵敏度、动态范围以及图像质量方面的提升。 2.3 调制器与开关器件： 电光调制器（Electro-optic Modulators）： 用于将电信号信息加载到光载波上，是实现光信号调制的关键。本书将介绍基于不同物理机制的电光调制器，如Pockels效应、Kerr效应、Franz-Keldysh效应、Quantum Confined Stark Effect (QCSE) 等。我们将重点分析Mach-Zehnder调制器、Y-junction调制器、聚焦离子束（Focused Ion Beam, FIB）调制器等结构，并讨论其调制深度、带宽、插入损耗、驱动电压等性能参数。 光开关（Optical Switches）： 实现光路切换和信号路由，在光网络和光互连中至关重要。本书将介绍机械式、热光式、电光式、声光式以及基于半导体载流子注入的光开关，并分析其开关速度、隔离度、插入损耗等指标。 2.4 集成光电子器件： 平面光波导（Planar Photonic Waveguides）： 作为承载和引导光信号的关键结构，平面光波导是构建集成光路的基础。本书将介绍不同类型的平面光波导，如脊形波导、埋藏型波导、定向耦合器、光栅耦合器等，并分析其光传播模式、损耗特性以及与半导体器件的集成技术。 硅光子学（Silicon Photonics）： 硅光子学作为一种将光功能集成到硅基芯片上的技术，为高速、低功耗的光通信和光计算提供了可能。本书将详细介绍硅光子器件的设计、制备以及集成技术，包括硅基LEDs、光电探测器、调制器、光波导等，并展望其在数据中心、高性能计算等领域的应用前景。 第三部分：半导体光子学前沿技术与应用 本书的第三部分将聚焦于半导体光子学的最新研究进展和广泛的应用领域。 3.1 量子半导体光子学： 量子点（Quantum Dots）与量子阱（Quantum Wells）： 量子点和量子阱作为二维和零维半导体纳米结构，具有独特的量子尺寸效应，能够实现对光发射和吸收特性的精细调控。本书将深入探讨量子点和量子阱的发光机理、激子动力学以及其在量子通信、量子计算、高效LEDs和激光器中的应用。 单光子源（Single-Photon Sources）： 单光子源是实现量子信息处理和量子通信的关键。本书将介绍基于量子点、量子阱、NV色心等半导体体系的单光子源，并分析其单光子纯度、时序抖动、纠缠度等关键性能指标。 3.2 非线性光学与光传感： 半导体中的非线性光学效应： 介绍半导体材料在强光场作用下表现出的非线性光学现象，如二次谐波产生（SHG）、三次谐波产生（THG）、四波混频（FWM）、光克尔效应（Kerr effect）等。这些效应在光信号处理、频率转换、光参量放大等方面具有重要应用。 半导体光传感技术： 重点介绍基于半导体光电效应的各类光传感技术，包括光电二极管阵列、CCD/CMOS图像传感器在环境监测、工业检测、生物医学成像等领域的应用。同时，也将探讨基于表面等离激元共振（SPR）和光子晶体传感器的超灵敏检测技术。 3.3 光通信与光计算： 光通信系统中的半导体光电器件： 详细阐述半导体激光器、调制器、光电探测器等在光纤通信系统中的作用，包括长距离传输、高速数据传输、光网络设备等。 光计算与光互连： 探讨半导体光子学在光计算领域的潜力，包括基于光波导的逻辑门、光存储单元、以及用于高性能计算的片上光互连技术。 3.4 生物医学与新能源应用： 生物医学成像与诊断： 介绍半导体光电器件在生物医学成像领域的应用，如LED/激光器在光动力疗法（PDT）、荧光成像、OCT（光学相干断层扫描）等方面的应用，以及CMOS传感器在内窥镜、微型相机等诊断设备中的作用。 太阳能电池（Solar Cells）： 半导体光伏技术是实现清洁能源的重要途径。本书将简要介绍不同类型的半导体太阳能电池，如单晶硅、多晶硅、薄膜太阳能电池，并讨论其能量转换效率、材料特性以及未来发展趋势。 教学方法与学习建议： 本书的编写旨在帮助研究生建立扎实的理论基础，同时培养解决实际问题的能力。每章都将配有精心设计的习题，以巩固所学知识。鼓励读者积极查阅相关领域的最新研究论文和技术报告，关注半导体光子学领域的学术会议和技术动态。我们建议读者在学习过程中，能够将理论知识与实验动手相结合，通过模拟软件进行器件设计和性能分析，为未来的科研和工程实践奠定坚实的基础。 通过本书的学习，希望能够使读者深刻理解半导体光子学的基本原理，熟练掌握核心器件的设计与性能分析方法，并能够初步洞察其在现代科技与社会发展中的重要作用。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我印象深刻的是它在理论深度和实践应用之间的良好平衡。我之前接触过的一些教材，要么过于偏重理论，公式推导冗长繁琐，读起来枯燥乏味；要么过于侧重应用，基础理论讲解蜻蜓点水，让人无法深入理解背后的原理。而这本《半导体光子学》恰恰找到了一个很好的切入点。它不仅深入探讨了半导体材料的能带理论、光学性质、载流子动力学等核心理论，还结合了大量的半导体光电子器件的实际工作原理和设计考量。我尤其喜欢书中对各种器件的讲解，不仅仅是给出其结构和功能，更重要的是解释了这些结构是如何实现特定功能，以及在设计过程中需要考虑哪些关键因素。例如，在讲到光电二极管时，作者详细分析了pn结的形成、载流子的产生与复合、光电流的形成过程，以及影响器件性能的各种因素，如陷阱态、表面复合等。这些细节的讲解，让我不仅仅是“知道”这个器件是什么，而是能够“理解”它为什么这样工作，以及如何去优化它。书中的图示也起到了画龙点睛的作用，清晰地展示了器件的截面结构、能带图、以及不同工作状态下的载流子分布等，极大地帮助了我对复杂结构的理解。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对未来技术发展充满好奇的研究者，我特别关注书中对下一代半导体光子器件的展望。书中不仅详细介绍了当前主流的技术，还对未来可能的发展方向进行了预测和分析。我非常欣赏作者在讨论例如硅光子、III-V族化合物半导体与硅的集成、以及量子点和量子纠缠等前沿领域时，所展现出的扎实的理论基础和前瞻性的视野。书中对这些新兴技术背后的物理原理、潜在的应用场景以及面临的挑战都进行了深入的探讨。例如，在讨论硅光子时，作者详细分析了硅的透明窗口、低损耗波导的实现方式、以及与电子器件的集成优势。在谈到量子点和量子纠缠时，则深入浅出地解释了这些概念在信息存储、量子计算和量子通信等领域的潜在价值。这些内容极大地拓宽了我的视野，也让我对接下来的学术研究有了更清晰的目标。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一个亮点在于其对光电探测器技术的全面覆盖。我一直对不同类型的光电探测器的工作原理和性能指标很感兴趣，这本书在这方面提供了详尽的阐述。从PIN光电二极管到雪崩光电二极管，再到更复杂的APD阵列和单光子探测器，书中都进行了深入的分析。我特别喜欢作者对各种探测器在不同工作条件下的性能分析，例如，在不同光照强度、不同温度下的响应速度、灵敏度、噪声等。书中还详细介绍了影响探测器性能的关键因素，如量子效率、内量子效率、响应时间、暗电流、散粒噪声等，并且给出了相应的计算方法。我尤其欣赏书中对APD 内部增益机制的详细讲解，以及各种噪声源的分析，这让我能够更深入地理解APD 的工作原理和性能极限。此外，书中还提到了MEMS技术在光电探测器中的应用，这让我对这一交叉领域有了新的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书在材料选择和器件制备方面的内容，也给了我非常大的启发。我之前的研究主要集中在理论计算，对实际的材料生长和器件制造流程了解不多。这本书的出现，弥补了我的这一知识盲区。它详细介绍了制备半导体光电器件常用的几种材料体系，如GaAs、InP、GaN以及硅基材料，并分析了它们各自的优缺点以及适用范围。更重要的是，书中还深入探讨了这些材料的生长方法，例如MOCVD、MBE等，以及在生长过程中需要控制的关键参数。在器件制备方面，书中详细讲解了光刻、刻蚀、掺杂、金属化等一系列工艺流程，并解释了这些工艺如何影响器件的性能。我特别对书中关于表面粗糙度、界面质量、掺杂均匀性等因素对器件电学和光学性能的影响的讨论很感兴趣，这让我意识到，即使是理论上完美的器件结构，在实际制造过程中也可能因为工艺问题而大打折扣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格十分严谨，但又不失可读性。我曾尝试阅读过一些其他教材，常常因为晦涩难懂的术语和过于抽象的论述而望而却步。而这本《半导体光子学》在保持学术严谨性的同时，也注重逻辑的清晰和表达的流畅。作者在引入新概念时，常常会结合生活中的类比或者通俗的例子，这使得我能够更容易地理解那些看似高深的理论。例如，在解释衍射和干涉时，作者可能会用波浪的传播来类比，从而帮助读者建立起直观的认识。同时，书中大量引入了图表和示意图，这些视觉化的辅助工具极大地降低了理解难度，使得抽象的理论变得更加生动具体。我尤其喜欢书中对某些复杂光路或者器件结构的示意图，它们往往能够一眼洞悉问题的核心，节省了我大量的思考时间。总而言之，这本书的写作风格兼具了学术的深度和教学的温度，是一本非常适合研究生学习的优秀教材。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计我一直很喜欢，简洁大方，给人一种专业而又不失学术气息的感觉。拿到书的时候，就觉得它沉甸甸的，翻开扉页，印着“中国科学院大学研究生教材系列”，心里便有了底，知道这必定是一本经过严格审校、内容扎实的著作。我是一名刚进入半导体光子学领域的研究生，之前对这个方向的了解主要停留在一些零散的文献和公开课上，知识体系构建得不够完整。所以，当我在图书馆的分类目录中看到这本书时，就像抓住了救命稻草。我迫不及待地借了回来，坐在窗边，阳光透过玻璃洒在书页上，我开始一点点地阅读。书中的排版很清晰，公式的推导过程详细，插图也恰到好处地帮助我理解一些抽象的概念。我特别欣赏作者在讲解一些基础概念时，并没有直接跳到复杂的公式，而是先从物理直观的角度进行阐述，这对于初学者来说是极其友好的。例如，在介绍半导体材料的光学特性时，作者并没有直接给出复杂的介电常数公式，而是先从能带结构、载流子跃迁等基本物理过程讲起，让我能够循序渐进地理解为什么不同的半导体材料会有不同的光学响应。书中的例子也相当丰富，涵盖了激光器、探测器、调制器等多种器件，让我对半导体光子学在实际应用中的广度和深度有了初步的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的论述严谨，逻辑清晰，是我见过最能将复杂概念条理化的教材之一。我印象最深的是，作者在讲解复杂的半导体光子器件时，总是会先从最基本的原理出发，一步步引入更复杂的模型和概念，让读者能够循序渐进地理解。例如，在讲解非线性光学效应时，作者并不是直接给出非线性系数的定义，而是先从电磁场与物质相互作用的微观机制讲起，解释了在强光场作用下，材料的极化率会发生变化，从而导致非线性效应的产生。然后，再引入二次谐波产生、三阶非线性效应等具体的例子，并给出相应的数学描述。书中的公式推导过程详尽，并且对关键步骤进行了详细的解释，这对于我这样的读者来说，能够帮助我真正理解公式背后的物理含义，而不是死记硬背。此外，书中还穿插了一些历史发展脉络和前沿研究方向的介绍，这让我能够更好地将当前的知识与整个学科的发展联系起来，保持学习的热情。

评分☆☆☆☆☆

对于我这个在光学领域摸爬滚打多年的研究人员来说，这本书提供了一个非常宝贵的梳理和补充的机会。虽然我接触过不少关于光学的书籍，但《半导体光子学》在将半导体物理和光学原理巧妙结合方面做得尤为出色。我惊喜地发现，书中对光与物质相互作用的描述，在半导体这个特定体系下，展现出了许多独特的现象和规律。例如，在讲解半导体中的激子物理和自由载流子吸收时，作者不仅仅是简单地介绍其概念，而是深入分析了在不同温度、不同掺杂浓度下的吸收谱变化，以及这些吸收过程对器件性能的影响。书中对光限制效应的讲解也相当到位，从光波导的形成原理到其在各种光电器件中的应用，都进行了详尽的阐述。我尤其欣赏作者在介绍光波导时，不仅仅停留在简单的惠更斯原理，而是结合了麦克斯韦方程组，从电磁场的角度去分析光在波导中的传播模式，以及模式耦合等现象。这使得我对光学器件的理解上升到了一个更高的层面，不再是停留在表面的现象描述。

评分☆☆☆☆☆

这本书在将微纳光学和半导体技术结合方面，展现出了前瞻性和深刻性。我一直在思考如何将微纳加工技术应用于半导体光电器件的设计，这本书为我提供了宝贵的思路。书中对光子晶体、表面等离激元等概念的讲解，与半导体材料的相互作用，让我看到了许多新的可能性。例如，在讲解光子晶体时，作者详细分析了光子带隙的形成机制，以及如何在半导体材料中实现特定带隙的调控，从而实现光的全反射和光限制。在讨论表面等离激元时，作者则详细阐述了金属纳米结构与半导体材料的耦合效应，以及如何利用表面等离激元增强半导体材料的光吸收和光发射。这些内容让我对微纳尺度下的光学现象有了更深的理解，也为我未来的研究方向提供了新的灵感。

评分☆☆☆☆☆

我一直对半导体激光器的发展历程和技术突破非常感兴趣，这本书在这方面的内容可以说给我带来了很多惊喜。它不仅介绍了传统的半导体激光器（如GaAs基激光器），还详细阐述了诸如量子阱激光器、量子点激光器等新型激光器的原理和特点。我特别受益于书中关于增益机制、阈值电流、效率以及光谱特性的深入分析。作者通过严谨的数学推导和清晰的物理图像，解释了为什么这些新型结构能够实现更高的效率和更好的性能。例如，在讲解量子阱激光器时，作者详细分析了维度限制如何改变了材料的电子态密度，从而提高了光学增益，并且解释了载流子的注入和分布对激光输出特性的影响。书中的章节安排也很有逻辑性，从基础的pn结激光器讲到更复杂的结构，让读者能够逐步建立起对激光器技术的全面认识。除了理论讲解，书中还穿插了一些实际器件的例子和参数，这让我对理论知识的应用有了更直观的感受。我常常在阅读某个理论概念时，就会去书中寻找相应的器件实例，这样就能更好地将理论与实际联系起来，加深理解。

评分☆☆☆☆☆

讲解比较清楚，内容也很充实

评分☆☆☆☆☆

正版书，不错

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讲解比较清楚，内容也很充实

评分☆☆☆☆☆

这书真够贵的，内容还行

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专业

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好

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正版书，不错

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这书真够贵的，内容还行

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还不错，活动时买的，挺合算。