半导体激光模式理论PDF电子书下载

第一章 半导体波导及其传播模式 1

目录 1

§1 电磁过程的基本方程 2

§1.1 麦克斯韦方程组 2

§1.2 波动方程 4

§2 光在波导结构中的传播 9

§2.1 波导方程 9

§2.1-1 波导解式 9

§2.1-2 电磁场横向分量方程 11

§2.1-3 电磁场纵向分量方程 12

§2.3-1 无损耗介质波导中模式的正交性 13

§2.2 波导模式 13

§2.3 波导模式的正交关系 13

§2.3-2 有损耗（增益）介质波导中模式的正交性 17

§3 介质的光学性质 19

§3.1 介质的电极化及其克喇末一克朗尼克关 20

系 20

§3.2 介质极化及其色散的电子论 26

§3.3 “自由”载流子带内吸收和等离子体振荡 32

折射率 32

§3.4 半导体激光材料的光学性质 35

§3.4-1 半导体光学性质的测量方法 37

§3.4-2 二元半导体材料的折射率及其色散 45

§3.4-3 多元混晶半导体材料的折射率及其色散 53

§3.4-4 半导体材料的群折射率及其群色散 57

§3.4-5 掺杂、温度和应力的影响 58

§3.4-6 半导体材料的吸收系数和吸收光谱 61

§3.4-7 半导体材料的增益系数和增益谱 63

§4 半导体激光器的波导结构 67

§4.1 波导结构的形成 67

§4.1-1 激射条件 67

§4.1-2 垂直于结平面方向的波导 69

§4.1-3 平行于结平面方向的波导 69

§4.2-1 波导结构与模式的关系—电磁模型 70

§4.1-4 其它结构 70

§4.2 半导体激光器波导的理论模型 70

第二章 突变波导 72

§1 三层平板波导 73

§1.1 电磁模型和解的性质 73

§1.2 导波模式 77

§1.2-1 TE导波模式在介质内的电磁场分布 77

§1.2-2 TM导波模式在介质内的电磁场分布 80

§1.2-3 导波模式的等相面与相速度 83

§1.2-4 本征方程和截止公式 87

§1.2-5 本征方程的光学含义、古斯-汉欣线移与时延 103

§1.2-6 光能的传播和光限制因子 118

§1.3 辐射模式 121

§1.3-1 偶阶TE辐射模式 121

§1.3-2 奇阶TE辐射模式 126

§1.3-3 偶阶TM辐射模式 127

§1.3-4 奇阶TM辐射模式 128

§1.4 端面出射 129

§1.4-1 二维波动方程及其通解 129

§1.4-2 远场近似 130

§1.4-3 远场光强分布（远场图） 133

§1.5 端面反射 135

§1.5-1 TE模式 137

§1.5-2 TM模式 140

§1.5-3 不太强波导的近似解 143

§2 矩形波导 150

§2.1 圆谐分析 151

§2.1-1 柱坐标波动方程及其解的展式 151

§2.1-2 边界条件与本征方程 155

§2.1-3 数值结果 159

§2.2 远离截止近似 162

§2.3 等效折射率近似 172

§2.3-1 电磁模型 172

§2.3-2 本征方程 174

§2.3-3 隐埋异质结构（BH）激光器的波导结构 177

§3 四层平板波导 180

§3.1 纯折射率波导 180

§3.1-1 增厚传播解 182

§3.1-2 原厚传播解 184

§3.1-3 数值结果 186

§3.1-4 等效三层平板波导 188

§3.2 复折射率衬底 191

§3.2-1 电磁模型及其本征方程 191

§3.2-2 微扰近似 194

§3.2-3 数值结果 196

§4 条形弱自建波导 197

§4.1 脊形波导（RW,IRW,CDH） 198

§4.1-1 电磁模型 198

§4.1-2 近似解 199

§4.2 条形负载波导（SLW,SBH） 204

§4.2-1 等效脊形波导 204

§4.2-2 四层隐埋（BH）波导 205

§4.2-3 条形隐埋（SBH）波导 206

§4.3 沟道衬底平面（CSP）波导 209

§4.4 梯形衬底（TS）波导 212

§4.5 深Zn扩散平面条形（DDS）波导 215

§5.1 连续谱 221

§5 突变波导模式的谱结构 221

§5.2 谐振线状谱 223

第三章 缓变波导 226

§1 延伸抛物型波导 227

§1.1 二维延伸抛物型实折射率波导 227

§1.1-1 电磁模型 227

§1.1-2 近似波动方程及其导波模式解 230

§1.1-3 模式的谱结构 233

§1.2 出射光束 239

§1.2-1 电磁模型及其基本方程 239

§1.2-2 基模解—高斯光束 240

§1.2-3 高阶模式解—厄米-高斯光束 247

§1.2-4 出射光束横截面上的相位分布及其测定 251

§1.3 一维延伸抛物型复折射率波导 260

§1.3.1 电磁模型 260

§1.3-2 导波模式 263

§1.3-3 复折射率分布参量与模式结构参量的关系 265

§1.3-4 复折射率分布对波导过程的影响 267

§1.3-5 出射光束 269

§1.3-6 振荡条件与模式的谱结构 271

§1.3-7 模式增益和阈值条件 274

§1.4-1 纯折射率波导的模式稳定性 276

§1.4 模式稳定性 276

§1.4-2 复折射率波导的模式稳定性 283

§2 突变-缓变波导 290

§2.1 场方程的一维化 290

§2.1-1 电磁模型 290

§2.1-2 用等效折射率法分解场方程 293

§2.1-3 侧向功率流 294

§2.2 突变-延伸抛物型波导 298

§2.2-1 电磁模型 298

§2.2-2 导波模式 299

§2.2-3 垂直波导对侧向波导的影响 302

§2.3-1 电磁模型 306

§2.3 突变-平方正切波导 306

§2.3-2 导波模式的场分布 307

§2.4 突变-延伸幂函数波导 315

§2.4-1 电磁模型及其分离方程 315

§2.4-2 侧向基模的变分近似解 317

§3 截断缓变波导 320

§3.1 突变-平方双曲正切波导 320

§3.1-1 电磁模型 320

§3.1-2 导波模式解 323

§3.1-3 近场、等相面、远场 329

§3.1-4 数值结果 332

§3.1-5 截断分布对模式行为的影响 335

§3.2-1 电磁模型及其一维化 341

§3.2 突变-截断幂函数波导 341

§3.2-2 级数近似法 343

§3.2-3 模式场分布 346

§3.2-1 传播常数和截止条件 351

§3.2-5 分布变化缓急对模式行为的影响 359

§4 有源区内的注入载流子分布 361

§4.1 载流子的双极性扩散过程 363

布 367

§4.2-1 在激射条件下的注入载流子扩散方程 367

§4.2 有源区内垂直于结平面方向的载流子分 367

§4.2-2 迭代近似解 370

§4.2-3 垂直于结平面的非平衡载流子分布与器件结构和模式行为的关系 384

§4.3 结电流分布模型 389

§4.3-1 结电流的突变分布 390

§4.3-2 结电流的截断抛物型分布 393

§4.3-3 模式光场的作用——分段近似法 398

§4.4 一维化结电压模型 401

§4.4-1 结电流的扩展分布 401

§4.4-2 结电流扩展分布的指数近似 410

§4.4-3 模式光场对分布的影响 414

§4.5-1 存在的问题 423

§4.5 二维结电压分布和改进的模型 423

§4.5-2 衬底对隐埋异质结构（BH）激光器结电流分布的影响——分离变数法 425

§4.5-3 BH激光器有源区外两侧的结电压分布—— 431

许瓦兹-克利斯多菲变换法 431

§4.6 条形激光器中电压、电流和载流子分布的 442

精确模型——有限差分法 442

§4.6-1 数学描述 444

§4.6-2 有限差分法迭代自洽解 450

§4.6-3 维电压分布和结电流、结电压分布（采用 458

肖克莱近似） 458

§4.6-4 精确的结电压、结电流分布 466

§4.6-5 阈值以上的分布—空间烧孔和扭折现象 468

§5 非平面波导 476

§5.1 结构形式和分析方法 476

§5.2 非等厚有源层内的扩散方程 478

§5.3 数值例子 481

§5.3-1 平凸波导 481

§5.3-2 非等厚有源层波导 484

§5.3-3 弯月形埋层波导 487

§5.4 非平面波导过程的特点 489

附录A截断幂函数分布波导的本征值 489

参考文献 520