半导体激光器波导模式理论(上册) 郭长志 9787030457172 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郭长志 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030457172

商品编码：29469607312

包装：圆脊精装

出版时间：2018-04-01

基本信息

书名：半导体激光器波导模式理论(上册)

定价：178.00元

作者：郭长志

出版社：科学出版社

出版日期：2018-04-01

ISBN：9787030457172

字数：

页码：

版次：31

装帧：圆脊精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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模式理论是研究激光在波导光腔中的传播规律、各种波导结构中可能存在的各种光模类型和模式结构特点，揭示激光模式结构与波导结构的内在联系，从而发现控制波导结构和模式结构的途径。由于光在传播过程中主要突出其波动性，量子场论和经典场论基本上导出相同的结果，因此完全可以从麦克斯韦方程组出发进行分析。其任务是找出器件性能所需的**激光模式结构和设计出其合理的波导光腔结构方案。本书是在作者1989年12月出版的《半导体激光模式理论》的基础上，作了修订和大量补充完备，以反映作者及其团队几十年来取得的重要研究成果和该领域的**进展。全书论述既重基础又涉及前沿，既重物理概念又重推导编程演算。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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半导体激光器波导模式理论 引言 在现代科技飞速发展的浪潮中，半导体激光器以其体积小、效率高、易于集成等独特优势，已成为光通信、光存储、医疗美容、工业加工以及前沿科学研究等诸多领域不可或缺的核心器件。其性能的不断提升和应用的日益广泛，在很大程度上依赖于对半导体激光器内部光场传播特性的深入理解。而半导体激光器中的光场传播，本质上就是波导模式的形成、演化与调控。理解和掌握波导模式的理论，是设计、优化和开发高性能半导体激光器的关键。 本书“半导体激光器波导模式理论”（上册）正是致力于系统、深入地探讨半导体激光器中波导模式的产生机理、传播特性以及与之相关的关键理论。本书的目标是为相关领域的科研人员、工程师以及高年级本科生和研究生提供一个全面而严谨的理论框架，帮助读者建立对半导体激光器工作原理的深刻认识，从而能够更好地进行器件设计、性能分析和故障诊断。 内容概述 本书的上册，将从基础的麦克斯韦方程组出发，循序渐进地引出描述半导体激光器波导结构的电磁场理论。我们将详细剖析不同类型的半导体激光器波导结构，如平面波导、脊形波导、带状波导等，以及它们在材料选择、几何结构设计和折射率分布控制方面的考量。 第一部分：电磁场理论基础与波导方程 麦克斯韦方程组及其在光波传播中的应用： 本部分将回顾并阐述电磁场理论的基石——麦克斯韦方程组，重点讲解其在描述光波在介质中传播时的形式。我们将从宏观的场方程出发，逐步引入介质的电磁特性，如介电常数、磁导率和导电率，并强调它们如何影响光波的传播。 波动方程的推导与传播模式的概念： 基于麦克斯韦方程组，我们将推导出描述光波传播的波动方程。在此基础上，引入“模式”这一核心概念。模式是指在特定约束下（例如波导结构），能够稳定传播的电磁场分布。我们将解释为什么存在离散的模式，以及它们与波导的尺寸、材料性质之间的关系。 介质性质对光波传播的影响： 详细讨论不同介质（特别是半导体材料）的色散、损耗等光学性质对光波传播模式的影响。这将为后续理解不同材料组合如何构建高效波导奠定基础。 第二部分：平面波导的模式分析 单层平面波导的模式： 这是理解波导模式理论的最基本模型。我们将详细分析单层平面波导（例如，将一层折射率较高的材料覆盖在折射率较低的基底上）中的电磁场分布、传播常数和模式类型（TE模式和TM模式）。我们将推导出求解这些模式的边界条件和特征方程，并分析模式的截止条件、传播常数的离散性以及不同模式的能量分布。 多层平面波导的模式： 实际的半导体激光器结构往往比单层波导更为复杂，例如多层量子阱结构。本部分将扩展到多层平面波导的分析，包括不同层折射率、厚度对模式特性的影响。我们将讨论如何通过多层结构来优化模式的限制因子和输出耦合效率。 偶极子辐射理论在波导中的应用： 探讨在波导结构中，内部的偶极子辐射源如何激发和耦合到不同的导行模式，这是理解半导体激光器工作原理的重要一环。 第三部分：脊形波导和带状波导的模式分析 脊形波导的结构与模式： 脊形波导是半导体激光器中常用的一种横向限制结构，它通过在波导层上刻蚀脊状结构来实现对光场的横向限制。我们将分析脊形波导的几何形状、脊的高度和宽度等参数对模式分布、模式间耦合以及单模工作能力的影响。 带状波导的结构与模式： 带状波导是另一种实现横向限制的结构，它通过改变波导层的宽度来限制光场。我们将分析带状波导的横向限制机制，以及其模式特性与脊形波导的异同。 脊形波导与带状波导的比较分析： 对两种主流的横向限制波导结构进行系统性的比较，包括它们的结构特点、制造工艺、模式限制能力、制造容差以及在不同应用场景下的优劣势。 第四部分：数值方法在波导模式分析中的应用 有限差分方法（FDM）： 介绍将波动方程离散化，利用有限差分近似来求解波导模式的数值方法。我们将详细阐述FDM在处理复杂波导结构和非均匀介质时的优势，并给出具体的算法流程和应用示例。 有限元方法（FEM）： 阐述FEM在处理任意复杂几何形状波导的模式分析中的灵活性和高精度。我们将讨论FEM的基函数选择、网格划分以及求解过程。 其他数值方法简介： 简要介绍其他常用的数值计算方法，如传输矩阵法、角波数积分法等，以及它们在特定问题中的应用。 数值模拟实例与结果分析： 通过具体的数值模拟实例，展示如何运用上述数值方法来计算不同波导结构的模式、传播常数、场分布等关键参数，并对模拟结果进行深入的物理意义解读。 第五部分：波导参数对模式特性的影响 材料折射率分布与模式： 详细分析半导体材料的折射率在波导结构中的分布，包括同质结、异质结、量子阱等结构，以及它们如何决定了光场在波导中的约束强度和空间分布。 波导几何尺寸与模式： 深入探讨波导的横向尺寸（宽度、厚度）和纵向长度对模式特性的影响，例如模式的限制因子、有效折射率、模式数量以及模式的衍射效应。 波导损耗与模式： 分析材料吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗等对不同模式的传播影响，以及如何通过优化波导设计来减小损耗，提高器件的效率。 结论 本书的上册，旨在为读者构建一个扎实的半导体激光器波导模式理论基础。通过对麦克斯韦方程组的深入理解，到平面波导、脊形波导和带状波导等关键结构的模式分析，再到数值方法的应用，读者将能够系统地掌握半导体激光器中光场传播的内在规律。这些理论知识不仅是理解半导体激光器工作原理的基石，更是进行器件优化设计、分析性能瓶颈以及探索新型器件结构的重要理论支撑。 本书的后续章节（下册）将在此基础上，进一步探讨波导损耗、耦合效应、非线性光学以及更复杂的波导结构与应用，为读者提供一个更为全面和深入的理论体系。我们相信，本书将成为半导体激光器领域研究人员和工程师的一本重要参考书。

评分☆☆☆☆☆

一本令人振奋的开篇之作！我一直对激光器的内在运作原理充满好奇，尤其是那些微小却强大的半导体激光器。当我在书店偶然翻到这本《半导体激光器波导模式理论(上册)》时，立刻被它深邃的理论深度和清晰的逻辑结构所吸引。虽然我不是该领域的专业研究者，但作者郭长志先生以一种引人入胜的方式，将复杂的光波导理论和半导体物理的概念娓娓道来。读这本书的过程，就像是在探索一个隐藏在微观世界里的精妙工程。它不仅仅是公式和推导的堆砌，更重要的是，我能从中感受到作者对于这一领域深刻的理解和独到的见解。书中对波导模式的阐述，让我对光如何在半导体材料中传播和被限制有了全新的认识，仿佛亲眼目睹了光子的舞蹈。这种沉浸式的阅读体验，极大地激发了我对未来学习更深层次理论的渴望。我相信，这本上册为读者打下了坚实的基础，让我迫不及待地想了解下册的内容，去揭开半导体激光器更深层的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

这是一本真正能够“启迪心智”的著作。我一直认为，理论书籍最大的价值在于能否激发读者的思考，而《半导体激光器波导模式理论(上册)》无疑做到了这一点。书中对波导模式的分析，不仅仅是数学上的推导，更是一种对物理现象的深刻洞察。我发现，很多我之前模糊的概念，在读完相关章节后豁然开朗。作者的文字功底非常扎实，能够用简洁明了的语言解释深奥的物理原理，这对于我这样一个非物理学专业的读者来说，尤为珍贵。它让我了解到，半导体激光器的性能优化，离不开对波导模式的精准控制，而这种控制的背后，是工程师们无数次的计算和实验。读这本书，就像是在和一位经验丰富的导师进行对话，他不仅传授知识，更引导你如何去思考，如何去解决问题。我相信，这本书的影响将远远超出其字面的内容。

评分☆☆☆☆☆

这本《半导体激光器波导模式理论(上册)》给我带来了相当大的启发。它以一种非常系统和结构化的方式，将半导体激光器这个复杂的研究领域分解成易于理解的部分。我特别注意到书中对波导结构的详尽描述，以及不同波导设计如何影响激光器的性能。这让我开始思考，一个看似简单的半导体器件，背后竟然蕴含着如此精妙的光学和材料科学原理。作者的叙述条理清晰，逻辑严密，即使是对于非专业人士，也能在细细品读后对这一领域产生初步的认识。我感觉自己仿佛置身于一个精密的光学实验室，亲手搭建和调优着那些微小的波导结构，观察着光束的形成和演变。这本书让我意识到，科学研究的魅力在于对细节的极致追求，以及将复杂问题简单化的智慧。它不仅仅是一本学术专著，更是一次思想的洗礼，让我对科学探索的本质有了更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书，绝对是那些渴望深入理解半导体激光器核心机制的读者们不可多得的宝藏。它并没有停留在对基本概念的泛泛而谈，而是直击要害，系统地讲解了波导模式理论的精髓。从光在介质中的传播特性，到如何通过半导体材料的能带结构设计出高效的激光器，每一个环节都被剖析得淋漓尽致。特别是关于不同模式的特性分析，让我意识到，原来激光器的输出光束质量并非“一成不变”，而是与波导结构的设计息息相关。书中的图示和案例分析，帮助我形象地理解了抽象的物理概念，使得阅读过程更加轻松和高效。我尤其欣赏作者在讲解过程中，始终保持着一种严谨而又不失灵活的笔触，既保证了理论的准确性，又避免了枯燥乏味。对于任何想要在光电子学领域有所建树的学子或工程师来说，这本书无疑是一本里程碑式的著作，它将为你打开一扇通往更广阔知识殿堂的大门。

评分☆☆☆☆☆

读完《半导体激光器波导模式理论(上册)》的初步感受，可以用“茅塞顿开”来形容。我对半导体激光器一直抱有浓厚的兴趣，但始终觉得缺乏一个清晰的理论框架来支撑我的理解。这本书恰恰填补了这一空白。它系统地介绍了波导模式理论，让我对光如何在半导体材料中传播有了更深入的认识。书中对于不同结构和材料参数如何影响波导模式的分析，让我觉得非常实用和具有指导意义。虽然我还没有完全消化书中的所有内容，但已经能感受到作者在理论构建上的严谨和逻辑性。阅读过程中，我仿佛能看到那些微小的光信号在波导中穿梭、反射、衍射，形成各种奇妙的模式。这让我对半导体激光器的设计和制造过程有了更直观的理解，也更加佩服科学家和工程师们的智慧。这本书无疑为我深入研究这一领域打下了坚实的基础，我非常期待能够继续探索其更深层次的内容。