《國(guó)外電子與通信教材系列：光子器件物理（第2版）》共15章，主要內(nèi)容包括：光子器件的理論基礎(chǔ)，即量子力學(xué)和半導(dǎo)體物理；光傳輸?shù)碾姶艌?chǎng)理論、光在各向異性介質(zhì)中的傳輸、光波導(dǎo)理論和耦合模理論；半導(dǎo)體中的光學(xué)過(guò)程、半導(dǎo)體激光器基礎(chǔ)和先進(jìn)半導(dǎo)體激光器；半導(dǎo)體激光器的直接調(diào)制、電光調(diào)制器、聲光調(diào)制器和電吸收調(diào)制器；光的探測(cè)和太陽(yáng)能電池。
《國(guó)外電子與通信教材系列：光子器件物理（第2版）》著重從物理概念上解釋了關(guān)鍵光子器件的工作原理、主要結(jié)構(gòu)以及最新的研究進(jìn)展，不但特別強(qiáng)調(diào)了光子器件的理論，給出了嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，而且還給出了理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較。每一章末尾列出了主要參考資料，并附有習(xí)題。
《國(guó)外電子與通信教材系列：光子器件物理（第2版）》既可作為光學(xué)、光電子學(xué)、光電集成、光學(xué)工程、電子科學(xué)與技術(shù)、電子工程、物理學(xué)和材料學(xué)等專業(yè)或領(lǐng)域的研究生或高年級(jí)本科生的教材，也可以作為相關(guān)科技人員的一本非常有用的參考讀物。
譯者序
光子學(xué)主要研究光子的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)特性、光子同物質(zhì)的相互作用及其應(yīng)用，它是一門(mén)新興的獨(dú)立學(xué)科，也是一門(mén)交叉學(xué)科和前沿學(xué)科。與此同時(shí)，建立在光子學(xué)基礎(chǔ)之上的光子技術(shù)，作為信息科學(xué)的支撐技術(shù)與電子技術(shù)相互滲透、補(bǔ)充，并發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
光子器件作為光子學(xué)和光子技術(shù)的重要基礎(chǔ)，不但推動(dòng)了光子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，而且使光子學(xué)的作用和地位獲得了社會(huì)的首肯和公認(rèn)。雖然現(xiàn)已研發(fā)的光子器件已能在一定程度上滿足很多科技領(lǐng)域發(fā)展的需求，但隨著信息化社會(huì)的發(fā)展，不斷地對(duì)光子器件提出新的要求，繼續(xù)研發(fā)更高性能的光子器件是一項(xiàng)長(zhǎng)期的創(chuàng)新性任務(wù)。而光子器件的研究必須建立在對(duì)固體中的光物理效應(yīng)的充分掌握與運(yùn)用的基礎(chǔ)上，只有通過(guò)深入了解基本的物理學(xué)原理，才能發(fā)展新的概念并設(shè)計(jì)具有更高性能的新型光子器件。為此，非常需要一本能夠全面介紹光子器件的基本物理原理和發(fā)展前沿的書(shū)籍，而本書(shū)正是這樣一部光子學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威著作。
本書(shū)作者莊順連博士現(xiàn)任美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校電子和計(jì)算機(jī)工程系MacClinchie杰出教授，是國(guó)際光電子學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域的著名學(xué)者，長(zhǎng)期從事光電子、光子器件的科研和教學(xué)工作。本書(shū)正是作者多年科研和教學(xué)工作的結(jié)晶。書(shū)中著重從物理概念上解釋關(guān)鍵光子器件的工作原理、主要結(jié)構(gòu)以及最新的研究進(jìn)展，不但特別強(qiáng)調(diào)光子器件的理論，給出了嚴(yán)格的理論推導(dǎo)，而且還給出了理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較。此外，書(shū)中還有題材新穎、內(nèi)容豐富的習(xí)題，并列出了一些深入學(xué)習(xí)的參考文獻(xiàn)。這是一本優(yōu)秀的教材，國(guó)外許多知名高校和科研院所采用它作為光電子、光電集成、光學(xué)工程、電子科學(xué)與技術(shù)、通信、材料科學(xué)等專業(yè)或領(lǐng)域的研究生或高年級(jí)本科生的教材，同時(shí)對(duì)從事光子學(xué)和光子技術(shù)研究的科技人員來(lái)說(shuō)，本書(shū)也是一本非常有價(jià)值的參考讀物。
我們特此將它翻譯出來(lái)介紹給中文讀者。翻譯工作是由天津大學(xué)光纖非線性光子學(xué)研究室組織完成的，具體分工如下：王肇穎譯第1章至第6章；賈東方譯第7章至第13章和術(shù)語(yǔ)；楊天新譯第14章；桑梅譯第15章和附錄；全書(shū)由賈東方審校統(tǒng)稿。葛春風(fēng)、陳炯、王俊龍參與了翻譯工作。
要特別提及的是，在本書(shū)的翻譯和校對(duì)過(guò)程中，莊順連教授給予了細(xì)致的指導(dǎo)和無(wú)私的幫助，在此向莊教授表示衷心的感謝和崇高的敬意。還要感謝電子工業(yè)出版社對(duì)翻譯工作的大力支持，特別要衷心感謝本書(shū)的策劃編輯馬嵐女士和責(zé)任編輯周宏敏女士，沒(méi)有她們的辛勤付出，本書(shū)難以順利出版。
由于譯者學(xué)識(shí)所限，疏漏乃至錯(cuò)誤在所難免，懇請(qǐng)廣大讀者及專家不吝賜教，提出修改意見(jiàn)，我們將不勝感激。
第1章 緒論
1.1 半導(dǎo)體能帶的基本概念和鍵合圖
1.2 半導(dǎo)體激光器的發(fā)明
1.3 光電子學(xué)領(lǐng)域
1.4 本書(shū)概述
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
參考書(shū)目
第1部分 基礎(chǔ)理論
第2章 半導(dǎo)體電子學(xué)基礎(chǔ)
2.1 麥克斯韋方程組和邊界條件
2.1.1 MKS單位的麥克斯韋方程組
2.1.2 邊界條件
2.1.3 準(zhǔn)靜電場(chǎng)
2.2 半導(dǎo)體電子學(xué)方程組
2.2.1 泊松方程
2.2.2 連續(xù)性方程組
2.2.3 載流子輸運(yùn)方程
2.2.4 輔助關(guān)系
2.2.5 邊界條件
2.3 半導(dǎo)體中的產(chǎn)生和復(fù)合
2.3.1 輻射躍遷的帶間產(chǎn)生-復(fù)合過(guò)程
2.3.2 非輻射躍遷的產(chǎn)生-復(fù)合過(guò)程
2.3.3 本征量子效率
2.3.4 受激輻射過(guò)程引起的復(fù)合
2.3.5 碰撞電離產(chǎn)生-復(fù)合過(guò)程
2.4 產(chǎn)生-復(fù)合在光電子器件中的應(yīng)用及舉例
2.4.1 均勻光注入
2.4.2 非均勻載流子產(chǎn)生
2.5 半導(dǎo)體p-N和n-P異質(zhì)結(jié)
2.5.1 無(wú)偏置p-N結(jié)的耗盡近似
2.5.2 偏置p-N結(jié)
2.5.3 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)和少數(shù)載流子注入
2.5.4 電流密度和I-V特性
2.5.5 半導(dǎo)體n-P異質(zhì)結(jié)
2.6 半導(dǎo)體n-N異質(zhì)結(jié)和金屬-半導(dǎo)體結(jié)
2.6.1 半導(dǎo)體n-N異質(zhì)結(jié)
2.6.2 金屬-半導(dǎo)體結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第3章 量子力學(xué)基礎(chǔ)
3.1 薛定諤方程
3.2 方勢(shì)阱
3.2.1 無(wú)限高勢(shì)壘模型
3.2.2 有限高勢(shì)壘模型
3.3 諧振子
3.4 氫原子及二維和三維空間中的激子
3.4.1 三維解
3.4.2 二維解
3.5 與時(shí)間無(wú)關(guān)的微擾理論
3.5.1 微擾法
3.5.2 矩陣表述
3.6 與時(shí)間有關(guān)的微擾理論
附錄3A L?wdin再歸一化(renormalization)方法
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第4章 半導(dǎo)體中的電子能帶結(jié)構(gòu)理論
4.1 布洛赫定理和簡(jiǎn)單能帶的kp方法
4.1.1 單一能帶的kp理論
4.1.2 二能帶（或非簡(jiǎn)并多能帶）模型的kp理論
4.2 能帶結(jié)構(gòu)的Kane模型：考慮自旋-軌道相互作用的kp方法
4.2.1 函數(shù)unk(r)的薛定諤方程
4.2.2 基函數(shù)和哈密頓矩陣
4.2.3 哈密頓矩陣的本征值和本征函數(shù)的解
4.2.4 本征能量和對(duì)應(yīng)帶邊基函數(shù)總結(jié)
4.2.5 一般坐標(biāo)方向
4.3 Luttinger-Kohn模型：簡(jiǎn)并能帶的kp方法
4.3.1 哈密頓量和基函數(shù)
4.3.2 利用L?wdin微擾法的哈密頓量的解
4.3.3 總結(jié)
4.4 單一能帶和簡(jiǎn)并能帶的有效質(zhì)量理論
4.4.1 單一能帶的有效質(zhì)量理論
4.4.2 簡(jiǎn)并能帶的有效質(zhì)量理論
4.5 應(yīng)變對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的影響
4.5.1 應(yīng)變半導(dǎo)體的Pikus-Bir哈密頓量
4.5.2 無(wú)自旋-軌道分裂帶耦合的能帶結(jié)構(gòu)
4.5.3 具有自旋-軌道分裂帶耦合的應(yīng)變半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)
4.6 任意一維勢(shì)中的電子態(tài)
4.6.1 傳輸矩陣方程的推導(dǎo)及其本征值求解
4.6.2 調(diào)制摻雜量子阱的自洽解
4.6.3 n型調(diào)制摻雜量子阱
4.6.4 p型調(diào)制摻雜量子阱
4.6.5 電子和空穴布居數(shù)
4.7 超晶格的Kronig-Penney模型
4.7.1 傳輸矩陣的推導(dǎo)
4.7.2 本征值和本征矢的解
4.8 半導(dǎo)體量子阱的能帶結(jié)構(gòu)
4.8.1 導(dǎo)帶
4.8.2 價(jià)帶
4.8.3 子帶色散的直接實(shí)驗(yàn)測(cè)量
4.8.4 Luttinger-Kohn哈密頓量的塊對(duì)角化(Block Diagonalization)
4.8.5 Luttinger-Kohn哈密頓量的軸向近似
4.8.6 2×2上哈密頓量解的數(shù)值方法
4.8.7 2×2下哈密頓量解的數(shù)值方法
4.9 應(yīng)變半導(dǎo)體量子阱的能帶結(jié)構(gòu)
4.9.1 應(yīng)變量子阱的子帶能量
4.9.2 應(yīng)變量子阱的價(jià)帶子帶能量色散
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第5章 電磁學(xué)和光的傳輸
5.1 時(shí)諧場(chǎng)和對(duì)偶原理
5.1.1 時(shí)諧場(chǎng)
5.1.2 電磁學(xué)中的對(duì)偶原理
5.2 坡印廷定理和倒易關(guān)系
5.2.1 坡印廷定理
5.2.2 倒易關(guān)系
5.3 均勻介質(zhì)中麥克斯韋方程組的平面波解
5.4 光在各向同性介質(zhì)中的傳輸
5.5 有損耗介質(zhì)中的波傳輸：洛倫茲振子模型和金屬等離子體
5.5.1 半導(dǎo)體中的傳輸常數(shù)和折射率
5.5.2 洛倫茲偶極子模型
5.5.3 導(dǎo)電介質(zhì)
5.6 平面波在界面的反射
5.6.1 TE偏振
5.6.2 TM偏振
5.6.3 平面波傳輸?shù)淖杩垢拍?br>5.7 矩陣光學(xué)
5.8 平面波在多層介質(zhì)反射的傳輸矩陣法
5.9 周期介質(zhì)中的波傳輸
5.9.1 色散圖和阻帶
5.9.2 平面波在分布布拉格反射器上的反射
附錄5A Kramers-Kronig關(guān)系
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第6章 光在各向異性介質(zhì)中的傳輸和輻射
6.1 光在單軸介質(zhì)中的傳輸
6.1.1 場(chǎng)解
6.1.2 k波面
6.1.3 折射率橢球
6.1.4 應(yīng)用
6.2 旋光介質(zhì)中的波傳輸：磁光效應(yīng)
6.3 麥克斯韋方程組的通解和規(guī)范變換
6.4 輻射場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)圖樣
6.4.1 輻射場(chǎng)的一般表達(dá)式
6.4.2 遠(yuǎn)場(chǎng)近似
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第7章 光波導(dǎo)理論
7.1 對(duì)稱介質(zhì)平板波導(dǎo)
7.1.1 TE偏振的電場(chǎng)和導(dǎo)波條件的推導(dǎo)
7.1.2 圖解導(dǎo)波條件
7.1.3 截止條件
7.1.4 低頻極限和高頻極限
7.1.5 傳輸常數(shù)kz和有效折射率neff
7.1.6 AlxGa1-xAs體系的折射率
7.1.7 光學(xué)模式的歸一化常數(shù)
7.1.8 光限制因子Γ
7.1.9 TM模H=y Hy
7.2 非對(duì)稱介質(zhì)平板波導(dǎo)
7.2.1 TE偏振，E=y Ey
7.2.2 TM偏振，H=y Hy
7.3 波導(dǎo)問(wèn)題的射線光學(xué)方法
7.4 矩形介質(zhì)波導(dǎo)
7.4.1 HEpq模（或Ey(p+1)(q+1)模）
7.4.2 EHpq模（或Ex(p+1)(q+1)模）
7.5 有效折射率法
7.6 損耗或增益介質(zhì)中的波傳導(dǎo)
7.7 表面等離子體波導(dǎo)
7.7.1 單一界面的表面等離子體模式
7.7.2 金屬平板中的表面等離子體模式
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第8章 耦合模理論
8.1 波導(dǎo)耦合器
8.1.1 橫向耦合器
8.1.2 棱鏡耦合器
8.1.3 光柵耦合器
8.2 耦合光波導(dǎo)
8.2.1 耦合模理論的一般公式表述
8.2.2 本征解
8.2.3 耦合波導(dǎo)的通解
8.3 光波導(dǎo)耦合器的應(yīng)用
8.3.1 光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)
8.3.2 Δβ耦合器
8.4 光環(huán)形諧振器和分插濾波器
8.4.1 波導(dǎo)環(huán)形諧振器系統(tǒng)的公式表述
8.4.2 光分插濾波器
8.4.3 耦合環(huán)光波導(dǎo)(CROW)結(jié)構(gòu)
8.5 分布反饋(DFB)結(jié)構(gòu)
8.5.1 耦合模方程的推導(dǎo)
8.5.2 耦合模方程的本征解
8.5.3 DFB結(jié)構(gòu)的反射和透射
附錄8A 平行波導(dǎo)的耦合系數(shù)
附錄8B 改進(jìn)的耦合模理論
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第9章 半導(dǎo)體中的光學(xué)過(guò)程
9.1 利用費(fèi)米黃金定則的光躍遷
9.1.1 電子-光子相互作用哈密頓量
9.1.2 由電子-光子相互作用引起的躍遷率
9.1.3 光吸收系數(shù)
9.1.4 介電常數(shù)的實(shí)部和虛部
9.2 自發(fā)輻射和受激輻射
9.2.1 光子的態(tài)密度
9.2.2 受激輻射和自發(fā)輻射：愛(ài)因斯坦A系數(shù)和B系數(shù)
9.2.3 光增益和自發(fā)輻射譜的推導(dǎo)
9.3 體半導(dǎo)體的帶間吸收和增益
9.3.1 帶間光學(xué)矩陣元的計(jì)算和k選擇定則
9.3.2 光吸收譜
9.3.3 光增益譜
9.4 量子阱中的帶間吸收和增益
9.4.1 量子阱的帶間光學(xué)矩陣元
9.4.2 聯(lián)合態(tài)密度和光吸收譜
9.4.3 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的確定
9.4.4 增益譜總結(jié)
9.4.5 理論增益譜及其和實(shí)驗(yàn)的比較
9.5 體半導(dǎo)體和量子阱半導(dǎo)體的帶間動(dòng)量矩陣元
9.5.1 體半導(dǎo)體的動(dòng)量矩陣元
9.5.2 量子阱的動(dòng)量矩陣元
9.6 量子點(diǎn)和量子線
9.6.1 量子點(diǎn)
9.6.2 量子線
9.7 子帶間吸收
9.7.1 子帶間偶極矩
9.7.2 子帶間吸收譜
9.7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
9.7.4 子帶間量子級(jí)聯(lián)激光器
9.8 考慮價(jià)帶混合效應(yīng)的量子阱激光器的增益譜
9.8.1 考慮價(jià)帶混合效應(yīng)的增益譜的一般公式表述
9.8.2 動(dòng)量矩陣元的計(jì)算
9.8.3 增益譜的最終表達(dá)式和數(shù)值例子
9.8.4 自發(fā)輻射譜和輻射電流密度
附錄9 A 基函數(shù)的坐標(biāo)變換和動(dòng)量矩陣元
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第10章 半導(dǎo)體激光器基礎(chǔ)
10.1 雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器
10.1.1 能帶圖和載流子注入
10.1.2 閾值條件
10.1.3 光功率輸出：粗略推導(dǎo)
10.1.4 發(fā)光二極管和激光二極管：自發(fā)輻射和放大自發(fā)輻射所扮演的角色
10.1.5 放大自發(fā)輻射和光增益測(cè)量
10.2 增益導(dǎo)引和折射率導(dǎo)引半導(dǎo)體激光器
10.2.1 條形結(jié)構(gòu)增益導(dǎo)引半導(dǎo)體激光器
10.2.2 折射率導(dǎo)引半導(dǎo)體激光器
10.3 量子阱激光器
10.3.1 一個(gè)簡(jiǎn)化的增益模型
10.3.2 電子和空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的確定
10.3.3 零溫度增益譜
10.3.4 有限溫度增益譜
10.3.5 峰值增益系數(shù)與載流子濃度的關(guān)系
10.3.6 多量子阱激光器的標(biāo)度率
10.4 應(yīng)變量子阱激光器
10.4.1 有效質(zhì)量對(duì)增益和透明載流子濃度的影響
10.4.2 應(yīng)變對(duì)帶邊能量的影響
……
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