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商品參數

光電子器件設計、建模與仿真
	曾用價	118.00
	齣版社	科學齣版社
	版次	1
	齣版時間	2014年07月
	開本	16
	作者	(加)李洵
	裝幀	平裝
	頁數	319
	字數	415000
	ISBN編碼	9787030414106

內容介紹
本書係統介紹半導體光電子器件設計中的物理模型和數值分析方法。全書共12章，主要分為三部分。第*部分為第2~5章，涵蓋光電子器件中描述各相關物理過程的主導方程的推導和解釋:第二部分為第6~9章，介紹第*部分所涉及的主導方程的數值求解技術，並講解將其整閤應用於器件仿真中的方法:第三部分為第10~12章，提供基於前述建模和求解技術的光電子器件設計與仿真實例，包括半導體激光器、電吸收調製器、半導體光放大器、超輻射發光二極管等，以及這些器件的單片集成。

目錄
目錄
譯者序
前言
第1章 緒論 1
1.1 器件的物理基礎 1
1.2 建模和仿真方法 1
1.3 建模研究對象 2
1.4 器件建模技術 3
1.5 本書主要內容 4
第2章 光學模型 5
2.1 有源介質中的波動方程 5
2.1.1 麥剋斯韋方程組 5
2.1.2 波動方程 6
2.2 時域內約化的波動方程 8
2.3 空域內約化的波動方程 9
2.4 時域與空域內同時約化的波動方程——行波光場模型 10
2.4.1 完全限製結構中的波動方程 10
2.4.2 部分限製結構中的波動方程 15
2.4.3 周期性波紋結構中的波動方程 18
2.5 寬帶行波光場模型 26
2.5.1 直接捲積模型 27
2.5.2 等效布洛赫方程模型 29
2.5.3 波段分割模型 31
2.6 時空分離的駐波光場模型 34
2.7 光子速率方程和相位方程——光場行為模型 40
2.8 自發輻射噪聲的處理 40
參考文獻 44
第3章 材料模型I：半導體能帶結構 47
3.1 體材料半導體中的單電子能帶 47
3.1.1 薛定諤方程和哈密頓算符 47
3.1.2 布洛赫定理和能帶結構 49
3.1.3 k = 0處的解——Kane模型 57
3.1.4 k≠0處的解——Luttinger-Kohn模型 63
3.1.5 4×4哈密頓算符和軸嚮近似下的解 68
3.1.6 不同半導體材料的哈密頓算符 71
3.2 半導體量子阱結構中的單電子能帶 72
3.2.1 有效質量理論和約束方程 72
3.2.2 導帶(無簡並) 75
3.2.3 價帶(有簡並) 76
3.2.4 量子阱能帶結構 78
3.3 應變層結構中的單電子能帶 82
3.3.1 一般性方法 82
3.3.2 應變體材料半導體 84
3.3.3 應變量子阱結構 85
3.3.4 閃鋅礦結構的半導體 86
3.4 k-p理論總結 88
參考文獻 89
第4章 材料模型II：光學增益 92
4.1 考慮多體效應的綜閤模型 92
4.1.1 引言 92
4.1.2 海森堡方程 93
4.1.3 綜閤模型 93
4.1.4 一般性約束方程 98
4.2 自由載流子模型——零階解 108
4.2.1 自由載流子模型 108
4.2.2 載流子速率方程 109
4.2.3 極化激元的速率方程 112
4.2.4 極化率 113
4.3 屏蔽的庫侖相互作用模型——一階解 113
4.3.1 屏蔽的庫侖相互作用模型 113
4.3.2 屏蔽的庫侖勢 115
4.3.3 零注入和激子吸收情形下的解 118
4.3.4 任意注入情形下的解 122
4.4 多體相關模型——二階解 125
4.4.1 多體相關模型 125
4.4.2 半解析解 125
4.4.3 全數值解 127
參考文獻 131
第5章 載流子輸運和熱擴散模型 133
5.1 載流子輸運模型 133
5.1.1 泊鬆方程和載流子連續性方程 133
5.1.2 非有源區的漂移和擴散模型 134
5.1.3 有源區的載流子輸運模型 135
5.1.4 載流子輸運模型的簡化 139
5.1.5 自由載流子輸運模型 141
5.1.6 復閤速率 142
5.2 載流子速率方程模型 144
5.3 熱擴散模型 145
5.3.1 經典熱擴散模型 145
5.3.2 一維熱擴散模型 148
參考文獻 148
第6章 光學方程的求解方法 151
6.1 橫截麵上的光場模式 151
6.2 行波方程 152
6.2.1 有限差分法 152
6.2.2 分步交替法 160
6.2.3 由數字濾波器實現的時域捲積 165
6.3 駐波方程 167
參考文獻 173
第7章 材料增益方程的求解方法 176
7.1 單電子能帶結構 176
7.2 材料增益計算 176
7.2.1 自由載流子增益模型 176
7.2.2 屏蔽的庫侖相互作用增益模型 181
7.2.3 多體增益模型 181
7.3 材料模型的參量化 186
參考文獻 187
第8章 載流子輸運和熱擴散方程的求解方法 189
8.1 靜態載流子輸運方程 189
8.1.1 尺度換算 190
8.1.2 邊界條件 191
8.1.3 初始解 192
8.1.4 有限差分離散化 193
8.1.5 非綫性代數方程的求解 202
8.2 瞬時載流子輸運方程 205
8.3 載流子速率方程 206
8.4 熱擴散方程 206
參考文獻 208
第9章 器件性能的數值分析 210
9.1 一般方法 210
9.1.1 材料增益的處理 210
9.1.2 準三維處理 212
9.2 器件性能分析 213
9.2.1 穩態分析 213
9.2.2 小信號動態分析 215
9.2.3 大信號動態分析 217
9.3 模型的標定和驗證 218
參考文獻 221
第10章 半導體激光器的設計和模擬實例 223
10.1 增益優化的有源區結構設計和模擬 223
10.1.1 有源區材料 223
10.1.2 有源區結構 227
10.2 光場和載流子限製優化的橫截麵結構設計和模擬 230
10.2.1 橫截麵疊層設計的一般考慮 230
10.2.2 脊波導結構 232
10.2.3 掩埋異質結結構 235
10.2.4 脊波導與掩埋異質結結構的比較 238
10.3 激射振蕩優化的腔結構設計和模擬 239
10.3.1 Fabry-Perot激光器 239
10.3.2 通過光柵設計實現不同耦閤機製的分布反饋激光器 242
10.3.3 多段結構激光器的設計 249
參考文獻 253
第11章 其他單一光電器件的設計和模擬實例 257
11.1 電吸收調製器 257
11.1.1 器件結構 257
11.1.2 材料特性和器件性能模擬 258
11.1.3 高消光比和低插入損耗的設計 263
11.1.4 偏振無關吸收的設計 265
11.2 半導體光放大器 267
11.2.1 器件結構 267
11.2.2 性能模擬 268
11.2.3 提高性能的設計 272
11.3 超輻射發光二極管 272
11.3.1 器件結構 272
11.3.2 性能模擬 273
11.3.3 提高性能的設計 275
參考文獻 278
第12章 集成光電器件的設計與模擬實例 281
12.1 集成半導體分布反饋激光器與電吸收調製器 281
12.1.1 器件結構 281
12.1.2 集成界麵 283
12.1.3 分布反饋激光器性能模擬 284
12.1.4 電吸收調製器性能模擬 285
12.2 集成半導體分布反饋激光器與監測光探測器 288
12.2.1 器件結構 288
12.2.2 激光器性能模擬 291
12.2.3 信道間串擾的模擬 292
參考文獻 296
附錄A Lowdin重整化理論 298
附錄B 多體增益模型中的積分 300
附錄C 5階Runge-Kutta方法的Cash-Karp 實現 312
附錄D 稀疏綫性方程的解法 313
D.1 直接法 313
D.2 迭代法 315
參考文獻 319

在綫試讀
第1章 緒論
　　1.1 器件的物理基礎
　　圖1.1 所示為光電子器件工作的主要物理過程及其間的耦閤關係。
　　圖1.1 光電子器件涉及的主要物理過程及其相互關係(小括號中是描述這些過程的第*性物理方程)
　　要掌握這些物理過程，需要以下幾方麵的模型和相應知識：
　　(1) 描述光波沿器件波導傳輸的模型(電磁波理論)；
　　(2) 描述器件材料光學特性的模型(半導體物理)；
　　(3) 描述器件中載流子輸運的模型(準靜電理論)；
　　(4) 描述器件中熱傳導的模型(熱擴散理論)。
　　因此，任何光電子器件仿真模型的建立應包含上述四個方麵。
　　1.2 建模和仿真方法
　　器件建模和仿真的主要方法有兩種。
　　(1) 物理建模：一種基於第*性物理定律建模的直接方法。
　　前述四個方麵所需的主導方程都是由基本物理定律直接推導齣來的，例如麥剋斯韋(Maxwell)方程組(包括描述光場分布的電磁波理論和描述載流子輸運的準靜電理論)、薛定諤(Schr？dinger)方程(用於分析半導體能帶結構)、海森堡(Heisenberg)方程(用於分析增益和摺射率的變化)和熱擴散方程(用於分析溫度分布)。
　　一旦給定器件的材料組分、幾何結構尺寸和工作條件，這種模型就可以給齣器件內部物理過程的精確描述，並能對器件性能的各個方麵提供預測。
　　這種方法通常被緻力於器件研製本身的設計者所采用。
　　但是，這種建模方法通常比較復雜，而且求解相關方程時必須采用先進的數值工具，就計算難度而言代價通常很高。
　　(2) 行為建模：一種基於等價或錶觀建模的間接方法。
　　上述四個方麵的主導方程都是由基本方程經許多假設而得到的，因此相對於物理模型這些方程被大大簡化瞭。提取簡化方程的常用方法包括：①壓縮空間維度，②忽略相對緩慢或相對微小的變化，③忽略對所關注的某個側麵幾乎沒有直接影響的物理過程。另一種方法是在物理過程的描述中用全局的或集中的變量替代原本局域的或分離的變量，因為前者通常遵循某種守恒定律而使其所滿足的平衡方程具有更為簡單的形式。
　　這種模型一般不能給齣器件內部物理過程的精確描述，但能給齣與物理模型一緻的終端性能。因此，如果對象器件被看作一個黑盒子，那麼這種模型對於任何給定輸入都能提供正確的輸齣。
　　這種方法通常被使用器件而不是設計器件的研究者所采用。
　　盡管這種建模技術通常簡單並且計算代價小，但有兩大缺點限製瞭其在器件設計和開發上的應用。第*是不能給齣任何物理內涵，即幾乎不能獲取任何有關如何改良設計以提高器件性能的信息。第二是需要依賴一般難以獲得的非物理的輸入參數，如等效參量或通過錶觀現象引入的係數。
　　針對實際光電子器件的建模一般會綜閤運用上述兩種方法。根據不同的仿真需求，通常保留*少必要的物理模型方程，其餘的用行為模型方程替代。
　　1.3 建模研究對象 <

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