二極體雷射器與集成光路

二極體雷射器已經成為重要的商業產品。從光碟播放機中的讀寫頭到光纖通信系統中的發射機，二極體雷射器已被廣泛套用在許多領域。隨著產品的可靠性和製造工藝的提高，不僅在消費產品中，而且在數據通信網和電信網中，二極體雷射器都有了新的套用。雖然基於GaAs的“短”波長(大約0.07～0.09/μm)雷射器和基於InP的“長”波長(大約1.3～1.6μm)雷射器仍然能夠滿足大多數套用的需要，但對於波長更短的可見光範圍，以及波長更長的IR範圍，人們的關注程度都在不斷提高，並在開發各種相應的實用光源。對於研究生和有經驗的工程師來說，在這樣一個飛速發展的領域裡，既要掌握基礎知識又要了解最先進的前沿動態就變得非常困難。

本書的目的是為有一定理論基礎的學生提供一本二極體雷射器和相關的集成光路方面的教科書。本書所介紹的大多是很前沿的領域，但同時也提供了許多基本的背景材料。附錄中既包含了各種背景材料，也包含了對一些更為前沿課題的更詳細的闡述。因此通過適當地使用附錄，可以使本書成為不同程度學生的學科教材，並且本書內容完備，自成體系。

本書適合研究生水平。學生需要掌握基本的本科程度的量子力學。固體物理和電磁場理論知識，並且最好能夠先修一門光電子入門課程。不過，附錄1和3介紹了所需的大部分基礎識。因此，只要讀者能夠仔細研讀這些附錄，即使略微欠缺某些背景知識也可以使用該書。實際上，第1章至第章以及附錄1至附錄7全面地介紹了大多數種類的二極體雷射器，用這些內容就可以為那些缺乏所需背景知識的學生開設一門相對基礎的課程。也就是說，用這些內容甚至可以開設本科高年級的課程。

另一方面，如果要用本書作為研究生高級教材，則無需包括前7個附錄的內容(當然，這些內容仍可以作為參考，隨附習題也可以作為作業，以確保學生理解這些內容。不過，附錄5闡述了模式增益和損耗的定義，由於業界的很多人士對這一概念都不甚了解，因此我們仍建議複習該附錄)。在較快地講完前3章後，可以進入第4、5兩章，這兩章詳細分析了增益和雷射器動態。若要更詳盡地分析增益的物理機理，可以講授附錄8至附錄12中的某些內容。引入這些內容可以為這一重要問題提供完整的分析。

第6章至第8章分析了有關二極體雷射器的各種電磁波問題，這些內容對於理解現代通信鏈路和網路中採用的各類先進器件都是比較基本的內容。不過，把這些材料留到最後，可以使學生首先對雷射器的工作原理有較為全面的理解和掌握，而不至於被側向波導分析所需的各種數學方法所困擾。這樣，只通過一門課程就可以獲得對雷射器工作性能的理解和分析能力。第6章介紹了微擾和耦合模理論，第7章介紹了介電波導分析方法。第6章是為了強調其內容的普遍性，我們無需了解側向模式分布的細節就可以推導出這些非常有用的方法。利用這些耦合模結果，我們將再次分析光柵和DFB雷射器。多年來，人們用來分析這些器件的主要都是這些方法。但是，本書在第3章中，首先利用了精確的矩陣相乘方法來分析基於光柵的DFB和DBR雷射器，由此所得的近似公式與耦合模理論結果推導出的公式是一致的。由於計算機的普及，以及採用復光柵設計的具有多個獨立節段的雷射器的出現，我們認為，應當把矩陣相乘法作為主要方法傳授給學生。垂直腔雷射器的出現也證實了這一方法的價值。然而，應該認識到，耦合模理論有利於將復波導幾何特性的描述簡化為簡單的解析公式，這對於設計工作尤為有用。第8章將前7章中的大多數知識結合起來，提供了一套相對複雜的集成光路的設計實例。

二極體雷射器與集成光路

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