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第一章 引论 1

§1．1 半导体激光器发展的历史回顾 1

§1．2 半导体激光器的广泛应用[1.20] 6

1．2．1 1300-1550nm激光器应用状况 6

1．2．2 790-1020nm激光器应用状况 7

1．2．3 600-780nm激光器应用状况 8

§1．3 半导体激光器的发展趋势 9

第二章 半导体光电物理基础 12

§2．1 能带和杂质能级 12

2．1．1 能带的形成 12

2．1．2 直接带隙和间接带隙 13

2．1．3 杂质能级 14

2．1．4 杂质带尾 16

§2．2 半导体中载流子的统计分布 17

2．2．1 本征半导体中的载流子 17

2．2．2 非本征半导体中的载流子分布 18

§2．3 非平衡载流子及其输运过程 19

2．3．1 载流子输运 19

2．3．2 准费米能级 20

§2．6 P—n结的电特性 21

2．4．2 自由载流子光吸收 21

2．4．1 带间跃迁光吸收 21

§2．4 光子与载流子的相互作用 21

2．4．3 受激发射 23

2．4．4 其他过程 24

§2．5 载流子复合机构[2.1],[2.2] 24

2．5．1 带间直接辐射复合 24

2．5．2 发生在局部能态处的辐射复合 27

2．5．3 非辐射复合过程 28

2．5．4 俄歇复合[2.5] 29

2．6．1 p—n结[2.1] 31

2．6．2 p-n结光电特性 34

§2．7 注入型半导体激光器发光过程[2.2] 35

2．7．1 半导体中的光发射 35

2．7．2 自发发射速率和受激发射速率 36

2．7．3 增益系数和自发发射速率的估算 38

2．7．4 吸收系数与光增益 39

第三章 半导体激光器的结构、原理与特性 40

§3．1 半导体激光器工作原理[3.1] 40

3．1．1 阔值电流密度 40

3．1．2 异质结处载流子的泄漏[3.2] 41

3．2．1 同质结构中载流子约束和光约束 43

§3．2 异质结构激光二极管 43

3．1．3 阈值电流与温度的关系[3.2] 43

3．2．2 异质结构中载流子约束和光约束 44

§3．3 增益导引条形激光器 45

3．3．1 激光二极管的结构[3.3] 45

3．3．2 光功率—电流特性 47

3．3．3 不稳定性[3.3] 48

§3．4 折射率导引条形激光器[3.2] 49

3．4．1 激光器结构 49

3．4．2 光功率—电流特性 51

§3．5 激光器阵列[3.2] 52

§4．1 麦克斯韦方程组 55

第四章 半导体激光器的模式理论和光波导特性[4.1] 55

§4．2 阈值条件和纵模 57

§4．3 增益和受激发射 59

§4．4 波导的模式理论 60

4．4．1 引言 60

4．4．2 有效折射率法 61

4．4．3 平板波导的模式 63

4．4．4 半导体激光器的侧模 66

第五章 半导体激光器的调制特性和噪声特性[5.1] 70

§5．1 载流子与光子运动的速率方程 70

5．2．1 引言 73

5．2．2 光功率—电流特性 74

5．2．3 纵模谱 75

§5．2 稳态特性 78

5．3．1 动态纵模谱 80

§5．3 瞬态响应 80

5．3．2 接通延迟 81

5．3．3 弛豫振荡 82

§5．4 噪声特性 84

5．4．1 Langevin表达式 85

5．4．2 强度噪声 86

5．4．3 相位噪声和谱线宽度 87

5．5．1 小讯号分析 90

§5．5 调制响应 90

5．5．2 强度调制 91

5．5．3 频率啁啾(Freguencg Chirping) 94

5．5．4 大信号调制 96

第六章 分布反馈式半导体激光器 99

§6．1 引言 99

§6．2 DFB激光器结构 100

§6．3 耦合波理论 102

6．3．1 耦合波方程 102

6．3．2 纵模与阈值增益 105

6．3．3 耦合系数与阈值性质 111

6．3．4 光(功率)—电(流)特性 114

§6．4 DFB激光器的输出特性 115

6．4．1 连续工作特性 115

6．4．2 调制特性 117

§6．5 DBR激光器 119

§6．6 多段式DFB激光器 122

§6．7 传输实验 124

第七章 耦合腔半导体激光器 127

§7．1 引言 127

§7．2 耦合腔的设计模型 128

§7．3 耦合腔理论 130

7．3．1 耦合系数 130

7．3．2 纵模与阔值增益 132

7．3．3 边模抑制 134

7．3．4 调制响应 135

§7．4 C3激光器的工作特性 137

7．4．1 纵模控制 137

7．4．2 直接调制的最佳偏置 139

7．4．3 频率啁啾(Freguencg Chirping) 140

7．4．4 光学双稳性 141

7．4．5 外腔式半导体激光器 143

第八章 量子肼半导体激光器 146

§8．1 引言 146

8．1．1 超晶格量子阱及递变带隙微结构 146

8．1．2 超晶格量子结构的发展 147

§8．2 超晶格量子阱的基本概念[8.7][8.8] 147

8．2．1 量子化能级和子带 148

8．2．2 阶梯状态密度分布 152

8．2．3 势阱中量子态的实验观察 154

§8．3 量子阱中的复合过程 155

8．3．1 辐射复合 156

8．3．2 非辐射复合[8.7] 158

§8．4 量子阱激光器原理与特性[8.8] 161

8．4．1 量子阱激光器的工作原理 161

8．4．2 单量子阱和多量子阱激光器 168

8．4．3 量子阱激光器实验 169

8．4．4 调制与噪声特性 175

§8．5 量子结构激光器的新进展 177

8．5．1 其它量子阱激光器 178

8．5．2 应变超晶格结构及其激光器[8.14,8.28-8.30] 179

9．1．1 半导体材料 184

§9．1 可见光半导体激光器 184

第九章 其它半导体激光器 184

9．1．2 激光器结构 186

9．1．3 激光器特性 187

9．1．4 器件应用 189

8．5．3 新型超晶格量子结构简介[8.5,8.6,8.60-8.64] 190

§9．2 中、远红外半导体激光器 190

9．2．1 引言 190

9．2．2 半导体材料 190

9．2．3 激光器特性 192

9．3．1 引言 198

§9．3 表面发射半导体激光器 198

9．3．2 基本结构 199

9．3．3 激光器特性 200

9．3．4 表面发射激光器的应用 206

§9．4 集成激光器发射组件 207

9．4．1 OEIC的结构 207

9．4．2 集成LD发射组件 210

9．4．3 集成LD发射组件的发展趋势 212

第十章 激光放大器及逻辑器件 217

§10．1 激光放大器 217

10．1．1 集成光—电式激光放大器 217

10．1．2 光—光式放大器 218

10．2．1 C3激光器的波长调谐特性 226

§10．2 半导体光逻辑器件 226

10．2．2 光逻辑运算的结构及逻辑操作 227

第十一章 半导体激光器的制作工艺和可靠性 229

§11．1 制作工艺概述 229

§11．2 外延生长技术 230

11．2．2 有机金属化学汽相沉积 232

11．2．3 分子束外延 235

§11．3 芯片金属化 238

11．3．1 金属与半导体接触的电流输运机理 238

11．3．2 金属化电极的制作 240

§11．4 半导体激光器制作的后工艺 241

11．4．1 烧焊及键合 241

11．4．2 LD与光纤的耦合 242

11．4．3 封装 245

§11．5 半导体激光器的可靠性 246

11．5．1 退化机理与改进措施 246

11．5．2 InGaAsP／Inp激光器与GaAIAs／GaAs激光器退化模式的主要差别 249

11．5．3 可靠性保证 249

11．2．1 液相外延 250

参考文献 253