第1章 光电子器件概论 1
1.1 光子学与电子学器件 1
1.1.1 电子管 1
1.1.2 晶体管 2
1.1.3 激光器 3
1.1.4 集成电路出现 4
1.1.5 集成光学和光纤通信 4
1.1.6 半导体激光器 7
1.1.7 半导体光电探测器 10
1.2 超晶格量子阱器件 12
1.3 光电图像转换器 16
1.3.1 引言 17
1.3.2 摄像管 18
1.3.3 变像管和像增强器 21
1.3.4 光电图像转换器的应用 23
1.4 微细加工技术 24
1.4.1 微细加工技术的产生 24
1.4.2 平面薄膜加工技术 25
1.4.3 几何图形制作技术 31
1.5 光电子信息技术发展评述 33
1.5.1 光电子信息技术发展阶段 33
1.5.2 光电子技术与理论 36
1.5.3 当今发展光子和电子技术必须的物理理论 38
第2章 光波与电磁波理论基础 40
2.1 电磁场 40
2.1.1 静电场和高斯定理 40
2.1.2 电介质的极化与极化强度 42
2.1.3 电介质中的电场与电感应强度 44
2.2 静电势、泊松方程与拉普拉斯方程 45
2.2.1 静电势 45
2.2.2 泊松方程 46
2.2.3 分离变量法求解拉普拉斯方程 47
2.3 静电能 48
2.3.1 真空中点电荷系的静电能 48
2.3.2 电荷连续分布时的静电场 49
2.3.3 导体系的静电能 50
2.4 稳恒电流与磁场 50
2.4.1 稳恒电流与稳恒电场 50
2.4.2 欧姆定律及维持稳恒电流的条件 51
2.4.3 稳恒电流与稳恒电场分布 53
2.5 真空中稳恒电流的磁场 54
2.5.1 电流间相互作用的安培定律 54
2.5.2 电流的磁场、毕奥—萨伐尔定律 54
2.5.3 磁场的散度与旋度 55
2.5.4 磁感应强度的边值关系 56
2.6 磁介质中的磁场 56
2.6.1 磁介质的磁化和磁化强度 56
2.6.2 磁介质中的磁场强度与环路定理 58
2.7 静磁场的矢势与环形电流的磁场 59
2.7.1 静磁场的矢势及其满足的微分方程 59
2.7.2 静磁场的标势及其满足的微分方程 60
2.8 麦克斯韦方程组 60
2.8.1 法拉第电磁感应定律 60
2.8.2 麦克斯韦方程组 62
2.8.3 洛仑兹力公式 64
2.9 电磁场能量与动量 64
2.9.1 电磁场的能量与能量守恒 64
2.9.2 电磁场的动量与动量守恒 66
2.10 电磁波与电磁波方程 67
2.10.1 波动方程 67
2.10.2 平面电磁波 69
2.10.3 电磁波在绝缘介质分界面上的反射与折射 72
2.10.4 电磁波在导电介质中的传播及其在导体表面上的反射 75
2.11 电磁波在波导中的传播 77
2.11.1 矩形波导 78
2.11.2 圆柱形波导中传播的电磁波 80
2.12 电磁波在同轴传输线中的传播 82
2.12.1 同轴传输线中传播的电磁波 83
2.12.2 同轴线中传播的TEM主波 84
2.12.3 同轴传输线的电报方程 85
2.13 电介质波导与光导纤维 86
2.13.1 圆柱形介质波导的解 87
2.13.2 边值关系与特征方程 90
2.13.3 光纤中的导模 91
2.13.4 色散曲线和场分量分布 94
第3章 电子与量子力学理论 96
3.1 量子力学产生的直接物理背景 96
3.1.1 黑体辐射能实验及普朗克开创量子论 96
3.1.2 普朗克量子论创新点与理论方法 97
3.1.3 光电效应与爱因斯坦的光量子学说 99
3.1.4 原子线状光谱与玻尔的旧量子论 99
3.1.5 量子概念的其他实验证明 100
3.2 量子论的基本概念和基本原理 101
3.2.1 一个观点 102
3.2.2 两条规律 102
3.2.3 五条基本原理 104
3.3 状态和薛定谔方程 106
3.3.1 状态和波函数的引进 106
3.3.2 薛定谔方程 108
3.4 体系粒子数守恒 114
3.4.1 体系的定态 115
3.4.2 粒子流密度公式与守恒定律 115
3.4.3 几率流密度矢量应用举例 116
3.5 一维无限深方势阱 117
3.5.1 求解定态问题的思考方法条理化 117
3.5.2 讨论 119
3.6 一维有限深方势阱（对称型） 121
3.7 一维线性谐振子 124
3.8 一维三角势阱 128
3.9 一维势垒与势阱的量子透射 130
3.9.1 一维方势垒量子反射与透射系数 130
3.9.2 一维势阱的量子透射讨论 133
3.9.3 δ势阱与势垒的透射 134
3.10 简并态微扰理论 136
3.10.1 非简并态微扰理论 136
3.10.2 定态简并微扰理论 138
3.10.3 简并与非简并微扰的例题 138
3.11 含时微扰的量子跃迁 141
3.11.1 含时微扰的的基本方程 141
3.11.2 状态跃迁几率 143
3.11.3 含时周期微扰的共振跃迁 144
3.11.4 光跃迁的测不准关系 144
3.12 单量子阱光吸收和发射的初步量子理论 145
3.12.1 爱因斯坦的光发射与吸收原理 145
3.12.2 平衡态三种跃迁几率的公式推导 146
3.12.3 受光照射的原子体系量子跃迁 147
第4章 固体物理与半导体物理基础 149
4.1 固体原子周期性排列的空间描述 149
4.1.1 晶体原子的几何空间描述 149
4.1.2 晶胞、晶面的矢量表示 152
4.1.3 晶体的对称性 153
4.2 倒格矢与布里渊区 155
4.2.1 倒易空间的晶格描述 155
4.2.2 布里渊区 156
4.3 晶格振动的量子论描述 157
4.3.1 简谐振动与热容量的量子理论 157
4.3.2 爱因斯坦和德拜的热容量理论 160
4.3.3 晶格线性微振动的格波解——光学支与声学支 161
4.4 固体电子运动的量子论描述 164
4.4.1 晶体价电子运动的理论模型 164
4.4.2 单电子近似与布洛赫波 165
4.5 准自由电子近似 165
4.5.1 定态微扰 166
4.5.2 简并微扰 168
4.5.3 能带与布里渊区 170
4.6 固体能带理论的启发性概念 173
4.6.1 电子运动的准经典粒子模型 173
4.6.2 能态密度与费米面 175
4.6.3 外场作用下的准经典粒子（有效质量概念） 175
4.6.4 导体、绝缘体和半导体能带区别 176
4.6.5 导电机制的定性讨论 177
4.7 金属电子论的基本问题 178
4.7.1 单电子近似模型 178
4.7.2 金属电子的费米分布 179
4.7.3 低温费米能级 179
4.8 光场作用的固体 180
4.8.1 固体介质极化 180
4.8.2 光的散射现象 182
4.8.3 光的吸收 183
4.8.4 激子 184
4.9 半导体的能带结构特性 186
4.9.1 带隙与带边有效质量 186
4.9.2 常见半导体的能带结构 188
4.10 布里渊区与能带杂质能级 192
4.10.1 布里渊区与能带 192
4.10.2 杂质能级 194
4.11 半导体载流子统计分布 195
4.11.1 导带的状态密度 195
4.11.2 载流子统计分布的玻耳兹曼近似 196
4.11.3 本征激发 197
4.11.4 杂质激发 198
4.12 杂质半导体特性 199
4.12.1 N型杂质半导体讨论 199
4.12.2 简并半导体 201
4.13 半导体导电性 203
4.13.1 迁移和电导率 203
4.13.2 非平衡载流子的扩散与复合 204
4.13.3 强电场效应和耿氏效应 204
4.13.4 朗道（Landau）能级与量子霍尔效应 204
4.14 半导体表面与界面表面电场效应 207
4.14.1 表面与界面能带结构 207
4.14.2 表面电场效应 208
4.15 半导体表面PN结特性 214
4.15.1 半导体PN结载流子分布 214
4.15.2 电场作用下的PN结 215
第5章 集成光学与光纤通信基础 219
5.1 集成光学与技术 219
5.1.1 集成光学的发展 219
5.1.2 介质薄膜光波导的制造技术 222
5.1.3 光路几何图形的微细加工技术 222
5.1.4 集成光路制造的耦合技术 223
5.1.5 集成光路的调制技术 225
5.1.6 光纤和光纤技术 225
5.2 光波导的电磁波理论基础 227
5.2.1 光波导基本方程 227
5.2.2 平板波导方程与模判别条件 229
5.2.3 突变波导的解与模阶方程 232
5.3 集成光学中的光调制 233
5.3.1 光调制的基本概念 234
5.3.2 调制光的光谱的分析 238
5.3.3 光脉冲 241
5.4 光线光学的基本原理 245
5.4.1 光线与光线方程 246
5.4.2 费马（Fermat）原理与简化光线方程 249
5.5 光线力学与应用 254
5.5.1 光线力学 254
5.5.2 麦克斯韦鱼眼与兰伯尔格透镜 257
5.6 梯度折射率光纤 263
5.6.1 n2=n20［1-a2（x2+y2）］情况 265
5.6.2 n2=n20［1+a2（x2+y2）］情况 266
5.6.3 子午光线 267
5.6.4 螺旋光线 270
5.6.5 径向分布介质近轴光线特性 271
第6章 实用光电子器件 273
6.1 光电成像器件 273
6.1.1 光电子成像器件的分类 273
6.1.2 微光夜视器件 274
6.1.3 红外成像器件 275
6.2 像增强器的原理与功能 276
6.2.1 像增强器的功能 276
6.2.2 实用像增强管 277
6.3 图像显示器件 285
6.3.1 电子束显示器件中的荧光屏 285
6.3.2 平板显示器件 286
6.4 微通道板倍增管（MCP）和传像束纤维 287
6.4.1 MCP的工作原理 288
6.4.2 传像束光导纤维 290
6.5 气体激光器 292
6.5.1 氦一氖气体激光器 292
6.5.2 二氧化碳激光器 293
6.6 固体激光器 296
6.6.1 固体激光器的基本结构 296
6.6.2 固体激光工作物质 297
6.6.3 红宝石晶体 299
6.6.4 掺钕钇铝石榴石（Nd3+:YAG） 302
6.6.5 钕玻璃 304
6.6.6 激光二极管泵浦的固体激光器（DPSL） 305
6.7 半导体激光器 309
6.7.1 器件结构 310
6.7.2 I-V特性和P-I特性 312
6.8 半导体激光器的光电特性 314
6.8.1 光学特性 314
6.8.2 半导体激光器的电导特性 318
6.9 异质结构半导体激光器 319
6.9.1 双异质（DH）宽接触芯片结构 319
6.9.2 阈值电流密度 320
6.9.3 半导体激光器的效率 321
6.9.4 半导体蓝、绿光激光器 322
6.10 超晶格量子阱激光器 323
6.10.1 量子阱激光器的结构 324
6.10.2 量子阱激光器的基本特征 326
6.11 光纤激光器 329
6.11.1 光纤激光器的基本工作原理 329
6.11.2 稀土掺杂的光纤激光器 331
6.11.3 非线性效应光纤激光器 332
6.11.4 光孤子和单晶光纤激光器 332
6.11.5 塑料光纤激光器 333
6.11.6 光纤光栅激光器 333
6.12 集成光路器件 336
6.12.1 光放大器 336
6.12.2 光调制器在光纤光路中的作用 346
6.12.3 光开关 349
参考文献 355