半导体激光器件物理学PDF电子书下载

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