目錄
前言
第1章 光增益經(jīng)典理論 1
1.1 電磁波 1
1.1.1 波動方程 1
1.1.2 光學(xué)常數(shù) 2
1.1.3 平面波 3
1.1.4 光強(qiáng)度 4
1.1.5 相速度和群速度 5
1.2 介質(zhì)電極化 6
1.2.1 洛倫茨模型 7
1.2.2 復(fù)電極化率 7
1.2.3 K-K關(guān)系 9
1.2.4 自由電子的貢獻(xiàn) 11
1.2.5 振子強(qiáng)度 12
1.3 激光 12
1.3.1 光增益和光吸收 13
1.3.2 折射率 14
1.3.3 蘭姆方程 16
1.3.4 激光條件 17
參考文獻(xiàn) 18
第2章 光增益量子理論 19
2.1 電子和光子 19
2.1.1 微觀粒子 19
2.1.2 電子 21
2.1.3 光子 22
2.2 電子光躍遷 24
2.2.1 與時問有關(guān)的微擾 24
2.2.2 躍遷概率 26
2.2.3 矩陣元 28
2.3 光吸收和光發(fā)射 30
2.3.1 光吸收概率 30
2.3.2 愛因斯坦公式 31
2.3.3 能帶間的躍遷 33
2.4 密度矩陣分析 36
2.4.1 密度矩陣 37
2.4.2 線性電極化 38
2.4.3 光增益飽和 39
2.4.4 振子速率方程 41
參考文獻(xiàn) 42
第3章 半導(dǎo)體發(fā)光 43
3.1 半導(dǎo)體 43
3.1.1 能帶 43
3.1.2 載流子密度 46
3.1.3 載流子復(fù)合 50
3.1.4 載流子注入 53
3.2 異質(zhì)結(jié)構(gòu) 55
3.2.1 異質(zhì)結(jié) 55
3.2.2 雙異質(zhì)結(jié)構(gòu) 57
3.2.3 晶格匹配 59
3.3 發(fā)光性質(zhì) 61
3.3.1 k選擇條件 61
3.3.2 k·p微擾近似 62
3.3.3 愛因斯坦系數(shù) 65
3.3.4 振子狀態(tài)密度分布 67
3.3.5 發(fā)射光譜 68
3.3.6 輻射復(fù)合系數(shù) 70
參考文獻(xiàn) 71
第4章 光波導(dǎo) 73
4.1 階躍折射率平板波導(dǎo) 73
4.1.1 橫向波函數(shù) 73
4.1.2 TE波 75
4.1.3 TM波 78
4.2 漸變折射率平板波導(dǎo) 79
4.2.1 等效波導(dǎo)厚度 80
4.2.2 平方波導(dǎo)分析 82
4.2.3 線性波導(dǎo)分析 85
4.3 光波導(dǎo)性質(zhì) 88
4.3.1 光波橫向限制 88
4.3.2 光波端面反射 90
4.3.3 光波端面出射 92
參考文獻(xiàn) 97
第5章 諧振腔 98
5.1 水平諧振腔 98
5.1.1 積蓄能量 98
5.1.2 光放大效應(yīng) 100
5.1.3 光振蕩效應(yīng) 102
5.2 鎖模諧振腔 105
5.2.1 耦合波分析 105
5.2.2 分布反饋 110
5.2.3 鎖模效應(yīng) 112
5.3 垂直諧振腔 114
5.3.1 分布布拉格反射器 114
5.3.2 垂直諧振腔設(shè)計(jì) 117
5.3.3 徑向單模條件 120
參考文獻(xiàn) 123
第6章 速率方程分析 125
6.1 速率方程 125
6.1.1 單模速率方程 125
6.1.2 多模速率方程 126
6.1.3 自發(fā)發(fā)射因子 127
6.1.4 微腔效應(yīng) 128
6.2 穩(wěn)態(tài)分析 129
6.2.1 單模分析 129
6.2.2 多模分析 132
6.3 瞬態(tài)分析 135
6.3.1 小信號調(diào)制 135
6.3.2 弛豫振蕩 139
6.4 激光譜線寬度 142
6.4.1 肖洛-湯斯展寬 142
6.4.2 自然展寬 142
6.4.3 相位漲落和強(qiáng)度漲落 143
6.4.4 噪聲展寬 145
參考文獻(xiàn) 148
第7章 半導(dǎo)體激光器 149
7.1 雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)激光器 149
7.1.1 電學(xué)特性 149
7.1.2 轉(zhuǎn)換特性 152
7.1.3 光學(xué)特性 155
7.1.4 調(diào)制特性 158
7.2 量子阱激光器 159
7.2.1 能帶分裂 160
7.2.2 載流子密度 162
7.2.3 水平矩陣元 164
7.2.4 量子阱半導(dǎo)體發(fā)光 165
7.2.5 閾值電流密度 166
7.2.6 應(yīng)變層量子阱 168
7.3 垂直腔表面發(fā)射激光器 170
7.3.1 閾值電流密度 170
7.3.2 橫向光限制因子 172
7.3.3 發(fā)熱和散熱 174
7.4 外腔激光器 176
7.4.1 光注入鎖模 177
7.4.2 外腔反饋鎖模 180
7.4.3 激光譜線變窄 182
參考文獻(xiàn) 185