《半导体激光器件物理学》求取 ⇩

目录1

第一章　导论和基础1

1.1　引论1

1.2　激光器设计和发展评论1

1.3　激光器的半导体材料4

1.4　器件制备的一些问题8

1.5　晶体生长8

1.5.1　液相外延8

1.5.2　化学气相沉积10

1.6　激光器的制造11

1.5.3　分子束外延11

1.6.1　衬底制备12

1.6.2　外延片的金属化12

1.6.3　端面涂层13

1.6.4　激光器芯片的分离和装配13

1.7　激光器的退化13

1.8　半导体激光器同其他光学元件的集成16

参考文献17

第二章　半导体中的光发射过程和激射21

2.1　电子辐射跃迁21

2.2　发射和吸收过程之间的关系24

2.2.1　热辐射24

2.2.2　电子态密度和占据几率26

2.2.3　跃迁几率之间的爱因斯坦关系28

2.2.4　总的受激发射速率29

2.2.5　净受激发射条件30

2.2.6　自发发射速率和它与受激发射及吸收之间的关系31

2.2.7　光增益32

2.3　跃迁几率33

2.3.1　带间跃迁（k先择）33

2.3.2　杂质能级和对应的能带之间的跃迁34

2.3.3　重掺杂半导体的带间跃迁36

2.4　重掺杂半导体中的电子态密度37

2.4.1　杂质态38

2.4.2　带尾39

2.5　载流子复合和自发发射42

2.5.1　严格k选择的复合43

2.5.2　放宽k选择的复合43

2.6　增益—电流关系46

2.6.1　唯象分析46

2.6.2　“理想”半导体的增益—电流关系49

2.6.3　放宽k选择的增益—电流关系50

2.7　光—电流特性54

2.7.1　阈值条件55

2.7.2　效率（低功率）57

2.7.3　阈值附近的光输出62

2.7.4　效率（大功率）66

2.8　光模式68

2.8.1　纵模间隔70

2.8.2　各模的谱分布70

2.8.3　模谱和光强随电流的变化72

参考文献76

第三章　激光器的异质结构和异质结的性质79

3.1　同质结构激光器79

3.2　异质结80

3.2.1　异质结中载流子的注入和输运82

3.2.2　异质结中载流子的限制85

3.2.3　异质结中载流子的复合86

3.2.4　异质结势垒的效能87

3.2.5　带隙与半导体组分的关系89

3.2.6　折射率与半导体组分的关系90

3.3　异质结构激光器的类型92

3.3.1　单异质结构激光器92

3.3.2　双异质结构激光器93

3.3.3　提供局域增益的异质结构93

3.4　条形激光器（二维异质结构）95

参考文献96

4.1　介质平板波导98

4.1.1　射线分析98

第四章　光波导98

4.1.2　波动分析99

4 1.3　横向光场分布103

4.1.4　异质结构的介质波导特性105

4.1.5　辐射光束的发散107

4.1.6　端面反射率114

4.2　平滑分布的增益波导和介质波导116

4.2.1　增益和介电常数虚部的等价性117

4.2.2　横向光场分布117

4.2.3　具有抛物线型介电常数分布的波导的分析120

4.2.4　cosh-2型介电常数分布的波导的分析127

4.2.5　小结133

4.3　横模的波导特性134

4.3.1　介质平板波导中的横模135

4.3.2　平滑分布的介质波导中的横模137

参考文献142

第五章　异质结构激光器的性能143

5.1 引言143

5.1.1　单异质结构激光器和双异质结构激光器144

5.1.2　大光腔激光器145

5.1.3　局域增益区激光器和分别限制异质结构激光器145

5.2　阈值电流密度146

5.2.1　概述146

5.2.2　双异质结构149

5.2.3　单异质结构和温度效应151

5.2.4　局域增益区结构或分别限制异质结构154

5.2.5　局域增益区激光器和分别限制异质结构激光器中阈值的温度敏感性159

5.2.6　大光腔激光器161

5.3　高峰值功率161

5.3.1　概述161

5.3.2　双异质结构162

5.3.3　单异质结构163

5.3.4　分别限制异质结构激光器和局域增益区激光器163

5.4　微分效率164

5.4.1　概述164

5.3.5　大光腔激光器164

5.4.2　双异质结构166

5.4.3　单异质结构166

5.4.4　分别限制异质结构激光器和大光腔激光器167

参考文献168

第六章　条形激光器170

6.1　引言170

6.2　条形激光器的类型171

6.2.1　条形接触激光器171

6.2.2　质子轰击和氧注入条形激光器173

6.2 3　掩埋异质结构条形激光器173

6.2.4　p-n结限制结构175

6.2.5　凸条条形激光器177

6.2.6　双条形激光器180

6.3　条形激光器的载流子限制180

6.3.1　载流子限制的方法180

6.3.2　条形接触激光器的电流扩展182

6.3.3　载流子扩散损耗184

6.3.4　电极下的电流扩展和扩散186

6.3.5　掩埋异质结构中的载流子限制189

6.3.6　双横向结激光器的载流子限制190

6.4　条形激光器的光限制191

6.4.1　增益导引191

6.4.2　自聚焦196

6.5　条形激光器的阈值电流205

6.5.1　阈值电流的理论分析206

6.5.2　阈值电流与条宽关系的测试结果215

6.5.3　激光器长度对阈值电流的影响217

6.6　条形激光器的光—电流特性219

6.6.1　带边吸收对微分效率的影响220

6.6.2　光—电流特性的非线性效应221

6.7　条形激光器特性小结230

6.7.1　具有电流限制窗口的激光器230

6.7.2　具有附加光限制的激光器233

6.7.3　具有光和载流子限制的激光器234

参考文献235

第七章　激光器的动态响应238

7.1　瞬态响应的物理模型239

7.2　延迟时间241

7.3　光子—电子共振和调制243

7.3.1 速率方程243

7.3.2　单模激光器中的小振幅振荡246

7.3.3　多模激光器中阈值附近的小振幅振荡249

7.3.4　激光振荡的扩散阻尼252

7.3.5　条形激光器中的典型实验观察258

7.4　注入电流非均匀性对瞬态的影响261

7.4.1　小振幅振荡分析262

7.4.2　非稳定激光器的理论模型266

7.5.1　纵模动态光谱269

7.5　激射的出现269

7.5.2　多模输出的大小与时间关系270

7.5.3　瞬态振荡的模式分布276

7.5.4　从低值到高值转换过程中的模谱276

7.6　反常接通延迟和Q开关277

7.7　激光输出的噪声起伏278

7.7.1　特性的观察279

7.7.2　理论279

参考文献283

第八章　分布反馈激光器和分布布喇格反射激光器285

8.1 引言285

8.2　理论286

8.3　波在周期波导中的传播288

8.4　本征波的反射和透射系数291

8.5　周期结构的阈值条件和输出耦合293

8.5.1　部分泵浦的分布反馈激光器293

8.5.2　分布布喇格反射激光器293

8.5.3 有均匀输出波导的分布反馈激光器298

8.6　微分效率300

8.7　耦合系数301

8.8　周期结构的辐射304

8.9　周期结构激光器的设计及其性能307

8.9.1　分布反馈激光器307

8.9.2　布喇格反射激光器309

8.9.3　光栅耦合输出光束激光器310

参考文献311

附录一　激光器结构的热耗散313

附录二　条形激光器中二维波导的近似分析316

附录三　在介电常数的实部和虚部分布之间具有空间位移的318

抛物线波导中光模的导引318

A3.1　概述318

A3.1.1　光束位置318

A3.1.2　波前倾斜318

A3.2　精确的解析式319

附录四　注入载流子对半导体介电常数的影响320