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§1-1 固体光吸收和光辐射的量子力学微扰理论 1

1-1-1 与时间有关的微扰理论 1

4-3-1 光电二极管的两种工作方式 （11 1

第一章 固体中的光吸收和光发射 1

1-1-2 跃迁几率 3

§1-2 固体中的光吸收过程 4

§1-3 带间光吸收 5

1-3-1 直接跃迁 5

1-6-2 激子光吸收 （1 6

1-3-2 间接跃迁 6

4-2-3 典型的光电导探测器 （1 7

1-3-3 影响本征吸收边的因素 8

1-4-1 载流子浓度填充效应对吸收边的影响 10

§1-4 重掺杂半导体中的吸收 10

1-4-2 带尾效应 11

§1-5 电场中的光吸收 13

§1-6 激子吸收 14

1-6-1 瓦尼尔激子 15

§1-7 自由载流子的光吸收 17

§1-8 定域杂质吸收 18

§1-9 固体中的光发射过程 19

§1-10 罗斯布莱克－肖克莱（VanRosbreck-shockley）关系 20

§1-11 带间辐射复合 23

1-11-1 直接复合跃迁 23

1-11-2 间接复合跃迁 23

§1-12 局域能态上的辐射复合 24

1-12-1 主带与浅杂质能级间的跃迁 24

1-12-2 施主－受主对的辐射复合 25

1-12-3 等电子陷阱上的复合 26

§1-13 非辐射复合过程 28

1-13-1 多声子发射复合 28

1-13-2 俄歇复合过程 29

1-13-3 表面复合 32

§1-14 光吸收和辐射的爱因斯坦关系 32

1-14-1 爱因斯坦关系 32

1-14-2 受激辐射放大条件——粒子数反转 34

1-15-1 均匀增宽谱线——洛仑兹线型函数 35

§1-15 光谱线的线型函数 35

1-15-2 非均匀增宽谱线——高斯线型函数 36

习题 38

第二章 固体的光学常数 39

§2-1 光的电磁理论和物质的光学常数 39

§2-2 光在界面处的反射和折射基本规律 42

2-2-1 反射定律和折射定律 42

2-2-2 菲涅耳公式 43

2-3-1 光在无损耗介质界面上的反射 44

§2-3 光在媒质分界面上的反射特性 44

2-3-2 空气与导体界面的反射 46

§2-4 全反射和古斯－汉欣位移 47

2-4-1 全反射 47

2-4-2 古斯－汉欣位移 48

§2-5 薄膜中的多重反射 50

§2-6 固体介质的色散 52

2-6-1 电介质色散的经典理论 52

2-6-2 自由载流子吸收引起的色散 54

2-6-3 晶格振动的光吸收和色散 56

2-7-1 介电常数的实部与虚部的关系 57

§2-7 光学常数之间的相互关系 57

2-7-2 折射率实部与虚部之间的关系 58

2-7-3 反射的幅度和相角 60

习题二 61

§3-1 p-n结的电场、电势和结宽 62

3-1-1 p-n结的能带图 62

第三章 p-n结与异质结 62

3-1-2 突变结的电场、电势和结宽 63

3-1-3 线性缓变结的电场、电势和结宽 65

§3-2 p-n结的电流电压特性 68

3-2-1 p-n结理想的电流电压特性 68

3-2-2 非理想p-n结的电流电压特性 71

§3-3 p-n结的电容 73

3-3-1 势垒电容 73

3-3-2 扩散电容 74

§3-4 p-n结击穿 75

3-4-1 隧穿效应 75

3-4-2 雪崩倍增 75

3-5-1 光伏效应 77

§3-5 p-n结的光伏效应 77

3-5-2 光照下p-n结的电流电压关系 78

§3-6 异质结 79

3-6-1 晶格匹配 79

3-6-2 通过界面态的复合 82

§3-7 异质结能带图 82

3-7-1 不考虑界面态时的能带图 82

3-7-2 考虑界面态时的能带图 85

§3-8 突变异质结的内建电势及结宽度 86

§3-9 异质结的电流电压特性 90

3-9-1 扩散模型 90

3-9-2 异型异质结电流输运的其他模型 92

§3-10 突变同型异质结 94

3-10-1 热电子发射模型 95

3-10-2 扩散模型 95

3-10-3 双肖特基二极管模型 95

§3-11 异质结的基本特性 98

习题三 100

第四章 光电探测器 101

§4-1 光电探测器的特性参数和噪声 101

4-1-1 光电探测器的特性参数 101

4-1-2 光电探测器中的噪声 102

§4-2 光电导探测器 103

4-2-1 光电导效应 103

4-2-2 光电导探测器的特性 105

§4-3 光电二极管 111

4-3-2 光电二极管的工作原理 112

4-3-3 p-i-n光电二极管 114

4-3-4 肖特基势垒（M-S结）光电二极管 117

§4-4 雪崩光电二极管 119

4-4-1 雪崩光电二极管工作原理 119

4-4-2 倍增因子M和倍增噪声因子F（M） 119

4-4-3 雪崩光电二极管的信噪比 121

4-4-4 典型的雪崩光电二极管的结构和特性 122

§4-5 长波长光纤通信用探测器 123

4-5-1 长波长光纤通信用的p-i-n光电二极管 124

4-5-2 长波长光纤通信用雪崩光电二极管 125

§4-6 电荷耦合摄象器件 127

4-6-1 CCD的MOS结构及工作原理 127

4-6-2 CCD的传输原理 129

4-6-3 电荷耦合摄象器件 130

4-6-4 CCD摄象器件的主要特性 132

4-6-5 电荷耦合摄象器件（CCD）的应用 133

§4-7 异质结光电晶体管（HPT） 134

4-7-1 异质结光晶体管工作原理 134

4-7-2 光增益系数 135

4-7-3 异质结光晶体管（HPT）的频率特性和输出噪声特性 137

4-7-4 异质结光晶体管的发展 138

习题四 141

第五章 半导体发光二极管 142

§5-1 半导体发光二极管原理——载流子的注入和复合发光 143

5-1-1 载流子的注入 143

5-1-2 发光二极管的复合机理 145

§5-2 发光二极管用晶体及其发光机理 147

5-2-1 发光二极管用晶体 148

5-2-2 GaAs晶体及其发光机理 148

5-2-3 GaP晶体及其发光机理 149

5-2-4 GaAs1-xPx晶体及其发光机理 151

5-2-5 蓝色发光二极管晶体 152

§5-3 发光二极管的结构与特性 153

5-3-1 发光二极管的结构 153

5-3-2 发光二极管的特性 154

5-4-2 注入效率ηi 157

5-4-1 外量子效率和内量子效率 157

§5-4 发光二极管的效率 157

5-4-3 辐射效率η？ 158

5-4-4 出光效率 159

§5-5 红外上转换磷光体的发光机理 161

§5-6 光纤通信用的发光二极管 164

5-6-1 光纤通信用发光二极管的结构 165

5-6-2 光纤通信用发光二极管的特性 167

§5-7 发光二极管的应用 170

5-7-1 发光二极管用作简单指示光源 170

5-7-2 发光二极管用作显示器件 171

5-7-3 发光二极管用作光耦合器 172

习题五 174

§6-1 概述 175

第六章 半导体激光器 175

§6-2 半导体激光器的光学增益 177

6-2-1 载流子反转分布的条件 177

6-2-2 平均爱因斯坦系数B（E） 179

6-2-3 直接带隙半导体的光学增益 180

§6-3 法布里－珀罗光谐振腔和光的自激振荡 183

6-3-1 法布里－珀罗光谐振腔 183

6-3-2 振荡的阈值条件 184

6-3-3 稳态振荡的建立 185

§6-4 半导体激光器的横模 186

6-4-1 平板波导中波的传播 187

6-4-2 对称平板介质波导的导波模式 189

6-4-3 平板介质波导中的TE模 190

6-4-4 光波导的限制因子 194

§6-5 半导体激光器的稳态特性 195

6-4-5 增益波导中的横模 195

6-5-1 阈值电流 196

6-5-2 功率输出 198

6-5-3 效率 199

6-5-4 光谱特性 201

6-5-5 远场辐射图 203

§6-6 半导体激光器的瞬态效应 206

6-6-1 电光耦合速率方程 206

6-6-2 电光延迟 207

6-6-3 电光耦合速率方程式的稳态解 208

6-64 电光耦合速率方程的瞬态解 209

§6-7 异质结半导体激光器 212

6-7-1 单异质结激光器 213

6-7-2 双异质结激光器 214

6-7-3 长波长半导体激光器 217

§6-8 量子阱激光器 219

6-8-1 量子阱中的电子状态 219

6-8-2 量子阱中的带间复合跃迁 221

6-8-3 量子阱半导体激光器的结构和特性 222

§6-9 分布反馈半导体激光器（DFB） 223

6-9-1 布拉格反射 223

6-9-2 分布反馈激光器的特性 224

6-9-3 分布反馈激光器的结构 225

6-9-4 分布布拉格反射式（DBR）激光器 226

习题六 227

第七章 固体激光器 228

§7-1 概述 228

§7-2 粒子数反转的产生和增益系数 229

7-2-1 三能级系统 230

7-2-2 四能级系统 231

7-2-3 亚稳态能级 232

7-2-4 增益系数 233

§7-3 固体激光工作物质 234

7-3-1 红宝石 235

7-3-2 掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG） 240

7-3-3 钕玻璃 243

§7-4 泵浦系统 245

7-4-1 泵浦光源 245

7-4-2 泵浦腔 248

§7-5 光谐振腔 249

7-5-1 光谐振腔的稳定性 250

7-5-2 光谐振腔的损耗 251

§7-6 固体激光器的特性 252

7-6-1 速率方程 252

7-6-2 固体激光器的阈值条件 254

7-6-3 固体激光器的输出特性 256

§7-7 调Q激光器 259

7-7-1 调Q原理 259

7-7-2 调Q的方法 261

7-7-3 调Q激光器的输出特性 263

§7-8 锁模激光器 264

7-8-1 锁模的特性 265

7-8-2 锁模的方法 266

习题七 267

参考文献 269