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第1章 光增益经典理论1

1.1电磁波1

1.1.1波动方程1

1.1.2 光学常数2

1.1.3平面波3

1.1.4光强度4

1.1.5相速度和群速度5

1.2介质电极化6

1.2.1洛伦茨模型7

1.2.2复电极化率7

1.2.3 K-K关系9

1.2.4自由电子的贡献11

1.2.5振子强度12

1.3激光12

1.3.1光增益和光吸收13

1.3.2折射率14

1.3.3兰姆方程16

1.3.4激光条件17

参考文献18

第2章 光增益量子理论19

2.1电子和光子19

2.1.1微观粒子19

2.1.2电子21

2.1.3光子22

2.2电子光跃迁24

2.2.1与时间有关的微扰24

2.2.2跃迁概率26

2.2.3矩阵元28

2.3光吸收和光发射30

2.3.1光吸收概率30

2.3.2爱因斯坦公式31

2.3.3能带间的跃迁33

2.4密度矩阵分析36

2.4.1密度矩阵37

2.4.2线性电极化38

2.4.3光增益饱和39

2.4.4振子速率方程41

参考文献42

第3章 半导体发光43

3.1半导体43

3.1.1能带43

3.1.2载流子密度46

3.1.3载流子复合50

3.1.4载流子注入53

3.2异质结构55

3.2.1异质结55

3.2.2双异质结构57

3.2.3晶格匹配59

3.3发光性质61

3.3.1 κ选择条件61

3.3.2 κ·p微扰近似62

3.3.3爱因斯坦系数65

3.3.4振子状态密度分布67

3.3.5发射光谱68

3.3.6辐射复合系数70

参考文献71

第4章 光波导73

4.1阶跃折射率平板波导73

4.1.1横向波函数73

4.1.2 TE波75

4.1.3 TM波78

4.2渐变折射率平板波导79

4.2.1等效波导厚度80

4.2.2平方波导分析82

4.2.3线性波导分析85

4.3光波导性质88

4.3.1光波横向限制88

4.3.2光波端面反射90

4.3.3光波端面出射92

参考文献97

第5章 谐振腔98

5.1水平谐振腔98

5.1.1积蓄能量98

5.1.2光放大效应100

5.1.3光振荡效应102

5.2锁模谐振腔105

5.2.1耦合波分析105

5.2.2分布反馈110

5.2.3锁模效应112

5.3垂直谐振腔114

5.3.1分布布拉格反射器114

5.3.2垂直谐振腔设计117

5.3.3径向单模条件120

参考文献123

第6章 速率方程分析125

6.1速率方程125

6.1.1单模速率方程125

6.1.2多模速率方程126

6.1.3自发发射因子127

6.1.4微腔效应128

6.2稳态分析129

6.2.1单模分析129

6.2.2多模分析132

6.3瞬态分析135

6.3.1小信号调制135

6.3.2弛豫振荡139

6.4激光谱线宽度142

6.4.1肖洛-汤斯展宽142

6.4.2自然展宽142

6.4.3相位涨落和强度涨落143

6.4.4噪声展宽145

参考文献148

第7章 半导体激光器149

7.1双异质结构激光器149

7.1.1电学特性149

7.1.2转换特性152

7.1.3光学特性155

7.1.4调制特性158

7.2量子阱激光器159

7.2.1能带分裂160

7.2.2载流子密度162

7.2.3水平矩阵元164

7.2.4量子阱半导体发光165

7.2.5阈值电流密度166

7.2.6应变层量子阱168

7.3垂直腔表面发射激光器170

7.3.1阈值电流密度170

7.3.2横向光限制因子172

7.3.3发热和散热174

7.4外腔激光器176

7.4.1光注入锁模177

7.4.2外腔反馈锁模180

7.4.3激光谱线变窄182

参考文献185