本書以通用光通信以及對半導(dǎo)體激光器的需求開始，通過討論激光器的基礎(chǔ)理論，轉(zhuǎn)入半導(dǎo)體的有關(guān)詳細(xì)內(nèi)容。書中包含光學(xué)腔、調(diào)制、分布反饋以及半導(dǎo)體激光器電學(xué)性能的章節(jié)，此外還涵蓋激光器制造和可靠性的主題。
本書可供半導(dǎo)體激光器、通信類研發(fā)人員、工程師參考使用，也適用于高年級本科生或研究生，作為主修的半導(dǎo)體激光器的課程，亦可作為光子學(xué)、光電子學(xué)或光通信課程的教材。
賈曉霞，江蘇華芯半導(dǎo)體科技有限公司，經(jīng)理、工程師，2005/07–2013/5：海特光電有限責(zé)任公司 | 研發(fā)部經(jīng)理
從GaAs基半導(dǎo)體激光器和InP基光電探測器的解理工藝工程師開始，逐步學(xué)習(xí)半導(dǎo)體激光器的各種工藝技術(shù)，工藝改進(jìn)，提升了耦合工藝線和列陣工藝線的產(chǎn)品成品率，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的一致性，在2008年底，被評為海特公司先進(jìn)工作者。此后作為技術(shù)主管，主要負(fù)責(zé)半導(dǎo)體激光器芯片和光電探測器芯片的所有工藝，并承擔(dān)研發(fā)部的芯片項目開發(fā)。后期擔(dān)任研發(fā)部經(jīng)理，主要負(fù)責(zé)公司半導(dǎo)體激光器芯片和光電探測器芯片的研發(fā)以及生產(chǎn)管理。完成多項國家項目，780nm半導(dǎo)體激光器列陣20w，100w項目，635nm紅光大功率半導(dǎo)體激光器，980nm系列大功率半導(dǎo)體激光器，808nm 5w大功率半導(dǎo)體激光器等。
2013/6-2016/5山西飛虹激光科技有限公司，擔(dān)任常務(wù)副總，建設(shè)起一條激光器生產(chǎn)線并實現(xiàn)量產(chǎn)。
2016/6-今 江蘇華芯激光科技有限公司，經(jīng)理。
1緒論：光通信基礎(chǔ)知識1
1.1概述1
1.2光通信簡介1
1.2.1光通信基礎(chǔ)1
1.2.2重要的巧合3
1.2.3光放大器4
1.2.4完整的技術(shù)5
1.3半導(dǎo)體激光器圖片5
1.4本書結(jié)構(gòu)7
1.5問題8
2激光器的基礎(chǔ)知識9
2.1概述9
2.2激光器簡介9
2.2.1黑體輻射9
2.2.2黑體輻射的統(tǒng)計熱力學(xué)觀點11
2.2.3幾種概率分布函數(shù)11
2.2.4態(tài)密度12
2.2.5黑體光譜15
2.3黑體輻射：愛因斯坦的觀點16
2.4激射的含義18
2.5自發(fā)輻射、受激輻射和激射之間的差異20
2.6一些激射系統(tǒng)例子21
2.6.1摻鉺光纖激光器21
2.6.2氦-氖氣體激光器21
2.7小結(jié)23
2.8問題24
2.9習(xí)題25
3半導(dǎo)體激光材料1：基礎(chǔ)26
3.1概述26
3.2能帶和輻射復(fù)合26
3.3半導(dǎo)體激光器材料體系28
3.4確定帶隙30
3.4.1Vegard定律：三元化合物31
3.4.2Vegard定律：四元化合物32
3.5晶格常數(shù)、應(yīng)變和臨界厚度33
3.5.1薄膜外延生長34
3.5.2應(yīng)變和臨界厚度34
3.6直接和間接帶隙37
3.6.1色散圖37
3.6.2色散圖的特點40
3.6.3直接和間接帶隙40
3.6.4聲子41
3.7小結(jié)43
3.8問題43
3.9習(xí)題44
4半導(dǎo)體激光材料2：態(tài)密度、量子阱和增益46
4.1概述46
4.2半導(dǎo)體中電子和空穴的密度46
4.2.1方程式(4.9)的變換：有效質(zhì)量48
4.2.2方程式(4.9)的變換：包含帶隙50
4.3量子阱激光材料51
4.3.1理想量子阱中的能級52
4.3.2實際量子阱中的能級54
4.4量子阱中的態(tài)密度55
4.5載流子數(shù)57
4.5.1準(zhǔn)費(fèi)米能級57
4.5.2空穴數(shù)與電子數(shù)58
4.6激射條件59
4.7光增益60
4.8半導(dǎo)體光增益61
4.8.1聯(lián)合態(tài)密度62
4.8.2占據(jù)因子63
4.8.3比例常數(shù)64
4.8.4線寬展寬64
4.9小結(jié)65
4.10學(xué)習(xí)要點66
4.11問題66
4.12習(xí)題67
5半導(dǎo)體激光器的運(yùn)行70
5.1概述70
5.2簡單的半導(dǎo)體激光器71
5.3激光器的定性模型71
5.4吸收損失74
5.4.1帶間和自由載流子吸收75
5.4.2能帶-雜質(zhì)吸收76
5.5速率方程模型77
5.5.1載流子壽命79
5.5.2穩(wěn)態(tài)的重要性80
5.5.3增益和光子壽命的單位81
5.5.4斜率效率83
5.6腔面鍍膜器件84
5.7完整DC分析87
5.8小結(jié)89
5.9問題90
5.10習(xí)題91
6半導(dǎo)體激光器電學(xué)性質(zhì)94
6.1概述94
6.2p-n結(jié)基礎(chǔ)94
6.2.1載流子密度作為費(fèi)米能級位置的函數(shù)95
6.2.2p-n結(jié)中的能帶結(jié)構(gòu)和電荷98
6.2.3非偏p-n結(jié)中的電流100
6.2.3.1擴(kuò)散電流100
6.2.3.2漂移電流100
6.2.4內(nèi)置電壓101
6.2.5空間電荷區(qū)寬度102
6.3外加偏置的半導(dǎo)體p-n結(jié)104
6.3.1外加偏置和準(zhǔn)費(fèi)米能級104
6.3.2復(fù)合和邊界條件105
6.3.3少子準(zhǔn)中性區(qū)擴(kuò)散電流108
6.4半導(dǎo)體激光器p-n結(jié)110
6.4.1二極管理想因子110
6.4.2閾值處的固定準(zhǔn)費(fèi)米能級110
6.5二極管特性總結(jié)111
6.6激光器的金屬接觸112
6.6.1能級定義112
6.6.2能帶結(jié)構(gòu)114
6.7激光器歐姆接觸的實現(xiàn)117
6.7.1金屬-半導(dǎo)體結(jié)中的電流傳導(dǎo)：熱離子發(fā)射118
6.7.2金屬-半導(dǎo)體結(jié)中的電流傳導(dǎo)：隧穿電流119
6.7.3二極管電阻和接觸電阻的測量120
6.8小結(jié)121
6.9問題122
6.10習(xí)題123
7光學(xué)腔125
7.1概述125
7.2本章概述126
7.3法布里-珀羅光腔概述127
7.4激光腔支持的光學(xué)縱模128
7.4.1標(biāo)準(zhǔn)具支持的光學(xué)模式：一維激光腔128
7.4.2長標(biāo)準(zhǔn)具的自由光譜范圍129
7.4.3法布里-珀羅激光器腔體中的自由光譜范圍131
7.4.4法布里-珀羅激光器的光學(xué)輸出133
7.4.5縱模134
7.5基于光譜的增益計算135
7.6光腔中的橫向模式137
7.6.1真實激光器中橫向模式的重要性138
7.6.2全反射140
7.6.3橫向電場和橫向磁場模式141
7.6.4波導(dǎo)模式的定量分析142
7.7二維波導(dǎo)設(shè)計146
7.7.1二維限制146
7.7.2有效折射率方法146
7.7.3針對激光器的波導(dǎo)設(shè)計148
7.8小結(jié)149
7.9問題150
7.10習(xí)題150
8激光器調(diào)制153
8.1概述：數(shù)字和模擬光傳輸153
8.2數(shù)字傳輸規(guī)格154
8.3激光器小信號調(diào)制155
8.3.1小信號調(diào)制的測量156
8.3.2LED的小信號調(diào)制157
8.3.3回顧激光器速率方程159
8.3.4小信號均勻激光器響應(yīng)的推導(dǎo)161
8.3.5小信號激光器均勻響應(yīng)163
8.4激光器AC電流調(diào)制164
8.4.1推導(dǎo)大綱164
8.4.2激光器調(diào)制的測量和方程165
8.4.3激光器調(diào)制響應(yīng)分析167
8.4.4時間常數(shù)效應(yīng)示范169
8.5激光器帶寬的極限170
8.6相對強(qiáng)度噪聲測量172
8.7大信號調(diào)制173
8.7.1眼圖建模174
8.7.2激光器系統(tǒng)注意事項175
8.8小結(jié)176
8.9學(xué)習(xí)要點176
8.10問題177
8.11習(xí)題178
9分布反饋激光器180
9.1單波長激光器180
9.2單波長激光器的必要性181
9.2.1單波長器件的實現(xiàn)183
9.2.2窄增益介質(zhì)183
9.2.3高自由光譜范圍和中等增益帶寬183
9.2.4外部布拉格反射器185
9.3分布反饋激光器：概述186
9.3.1分布反饋激光器：物理結(jié)構(gòu)186
9.3.2布拉格波長和耦合188
9.3.3單位往返增益188
9.3.4增益包封189
9.3.5分布反饋激光器：設(shè)計與制作190
9.3.6分布反饋激光器：零凈相位191
9.4分布反饋激光器的實驗數(shù)據(jù)194
9.4.1相位對閾值電流的影響194
9.4.2相位對腔體功率分布及斜率的影響194
9.4.3相位對單模良率的影響196
9.5建模分布反饋激光器198
9.6耦合模式理論201
9.6.1衍射的直觀圖像201
9.6.2分布反饋激光器的耦合模式理論202
9.6.3測量κ206
9.7固有單模激光器207
9.8其他類型的光柵208
9.9學(xué)習(xí)要點209
9.10問題210
9.11習(xí)題210
10其他：色散，制造及可靠性212
10.1概述212
10.2色散和單模器件213
10.3激光器的溫度效應(yīng)215
10.3.1波長的溫度效應(yīng)215
10.3.2直流特性的溫度效應(yīng)216
10.4激光器制造：晶圓生長，晶圓制造，芯片制造與測試219
10.4.1襯底晶圓制造219
10.4.2激光器設(shè)計220
10.4.3異質(zhì)結(jié)構(gòu)生長221
10.4.3.1異質(zhì)結(jié)構(gòu)生長：分子束外延221
10.4.3.2異質(zhì)結(jié)構(gòu)生長：金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積221
10.5光柵制作223
10.5.1光柵制作223
10.5.2光柵二次生長224
10.6晶圓制造225
10.6.1晶圓制造：脊形波導(dǎo)225
10.6.2晶圓制造：掩埋異質(zhì)結(jié)構(gòu)與脊形波導(dǎo)226
10.6.3晶圓制造：垂直腔面發(fā)射激光器228
10.7芯片制造230
10.8晶圓測試和良率231
10.9可靠性232
10.9.1單個器件測試和失效模式233
10.9.2失效的定義234
10.9.3老化速率的阿倫尼烏斯關(guān)系234
10.9.4老化速率，F(xiàn)IT和MTBF分析235
10.10結(jié)束語237
10.11小結(jié)238
10.12問題239
10.13習(xí)題239
附錄241
附錄1國際單位制詞頭（SI詞頭）241
附錄2單位換算表242
附錄3常用物理量242
附錄4中英文詞匯對照表243
參考文獻(xiàn)247
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