《光通信用半導體雷射器》是2019年化學工業出版社出版的圖書，作者是（美）大衛·J.克洛斯金(David J.Klotzkin) 。
基本介紹
- 書名：光通信用半導體雷射器
- 作者：（美）大衛·J.克洛斯金(David J.Klotzkin)
- ISBN：9787122326478
- 類別：圖書>工業技術>電子 通信>半導體技術
- 定價：¥99.00
- 出版社：化學工業出版社
- 出版時間：2019年04月
- 裝幀：平裝
- 開本：16開
編輯推薦,內容簡介,作者簡介,目錄,
編輯推薦
當前光網路和光纖到戶的極速發展，一本針對此領域的工具書非常有必要。本譯著包括光通信基礎、雷射器基礎、半導體雷射器的基礎、材料、設計、工作、特性以及調製等方面的簡介，甚至還有工藝實現等知識，同時還有很多實例，能使初學者或欲了解光通信雷射器的相關領域科研人員，作為全局了解半導體雷射器光通信再合適不過了。
內容簡介
本書以通用光通信以及對半導體雷射器的需求開始，通過討論雷射器的基礎理論，轉入半導體的有關詳細內容。書中包含光學腔、調製、分布反饋以及半導體雷射器電學性能的章節，此外還涵蓋雷射器製造和可靠性的主題。
本書可供半導體雷射器、通信類研發人員、工程師參考使用，也適用於高年級本科生或研究生，作為主修的半導體雷射器的課程，亦可作為光子學、光電子學或光通信課程的教材。
本書可供半導體雷射器、通信類研發人員、工程師參考使用，也適用於高年級本科生或研究生，作為主修的半導體雷射器的課程，亦可作為光子學、光電子學或光通信課程的教材。
作者簡介
賈曉霞，江蘇華芯半導體科技有限公司，經理、工程師，2005/07–2013/5：海特光電有限責任公司 | 研發部經理
從GaAs基半導體雷射器和InP基光電探測器的解理工藝工程師開始，逐步學習半導體雷射器的各種工藝技術，工藝改進，提升了耦合工藝線和列陣工藝線的產品成品率，生產效率和產品的一致性，在2008年底，被評為海特公司先進工作者。此後作為技術主管，主要負責半導體雷射器晶片和光電探測器晶片的所有工藝，並承擔研發部的晶片項目開發。後期擔任研發部經理，主要負責公司半導體雷射器晶片和光電探測器晶片的研發以及生產管理。完成多項國家項目，780nm半導體雷射器列陣20w，100w項目，635nm紅光大功率半導體雷射器，980nm系列大功率半導體雷射器，808nm 5w大功率半導體雷射器等。
從GaAs基半導體雷射器和InP基光電探測器的解理工藝工程師開始，逐步學習半導體雷射器的各種工藝技術，工藝改進，提升了耦合工藝線和列陣工藝線的產品成品率，生產效率和產品的一致性，在2008年底，被評為海特公司先進工作者。此後作為技術主管，主要負責半導體雷射器晶片和光電探測器晶片的所有工藝，並承擔研發部的晶片項目開發。後期擔任研發部經理，主要負責公司半導體雷射器晶片和光電探測器晶片的研發以及生產管理。完成多項國家項目，780nm半導體雷射器列陣20w，100w項目，635nm紅光大功率半導體雷射器，980nm系列大功率半導體雷射器，808nm 5w大功率半導體雷射器等。
2013/6-2016/5山西飛虹雷射科技有限公司，擔任常務副總，建設起一條雷射器生產線並實現量產。
2016/6-今 江蘇華芯雷射科技有限公司，經理。
2016/6-今 江蘇華芯雷射科技有限公司，經理。
目錄
1緒論：光通信基礎知識1
1.1概述1
1.2光通信簡介1
1.2.1光通信基礎1
1.2.2重要的巧合3
1.2.3光放大器4
1.2.4完整的技術5
1.3半導體雷射器圖片5
1.4本書結構7
1.5問題8
2雷射器的基礎知識9
2.1概述9
2.2雷射器簡介9
2.2.1黑體輻射9
2.2.2黑體輻射的統計熱力學觀點11
2.2.3幾種機率分布函式11
2.2.4態密度12
2.2.5黑體光譜15
2.3黑體輻射：愛因斯坦的觀點16
2.4激射的含義18
2.5自發輻射、受激輻射和激射之間的差異20
2.6一些激射系統例子21
2.6.1摻鉺光纖雷射器21
2.6.2氦-氖氣體雷射器21
2.7小結23
2.8問題24
2.9習題25
3半導體雷射材料1：基礎26
3.1概述26
3.2能帶和輻射複合26
3.3半導體雷射器材料體系28
3.4確定帶隙30
3.4.1Vegard定律：三元化合物31
3.4.2Vegard定律：四元化合物32
3.5晶格常數、應變和臨界厚度33
3.5.1薄膜外延生長34
3.5.2應變和臨界厚度34
3.6直接和間接帶隙37
3.6.1色散圖37
3.6.2色散圖的特點40
3.6.3直接和間接帶隙40
3.6.4聲子41
3.7小結43
3.8問題43
3.9習題44
4半導體雷射材料2：態密度、量子阱和增益46
4.1概述46
4.2半導體中電子和空穴的密度46
4.2.1方程式(4.9)的變換：有效質量48
4.2.2方程式(4.9)的變換：包含帶隙50
4.3量子阱雷射材料51
4.3.1理想量子阱中的能級52
4.3.2實際量子阱中的能級54
4.4量子阱中的態密度55
4.5載流子數57
4.5.1準費米能級57
4.5.2空穴數與電子數58
4.6激射條件59
4.7光增益60
4.8半導體光增益61
4.8.1聯合態密度62
4.8.2占據因子63
4.8.3比例常數64
4.8.4線寬展寬64
4.9小結65
4.10學習要點66
4.11問題66
4.12習題67
5半導體雷射器的運行70
5.1概述70
5.2簡單的半導體雷射器71
5.3雷射器的定性模型71
5.4吸收損失74
5.4.1帶間和自由載流子吸收75
5.4.2能帶-雜質吸收76
5.5速率方程模型77
5.5.1載流子壽命79
5.5.2穩態的重要性80
5.5.3增益和光子壽命的單位81
5.5.4斜率效率83
5.6腔面鍍膜器件84
5.7完整DC分析87
5.8小結89
5.9問題90
5.10習題91
6半導體雷射器電學性質94
6.1概述94
6.2p-n結基礎94
6.2.1載流子密度作為費米能級位置的函式95
6.2.2p-n結中的能帶結構和電荷98
6.2.3非偏p-n結中的電流100
6.2.3.1擴散電流100
6.2.3.2漂移電流100
6.2.4內置電壓101
6.2.5空間電荷區寬度102
6.3外加偏置的半導體p-n結104
6.3.1外加偏置和準費米能級104
6.3.2複合和邊界條件105
6.3.3少子準中性區擴散電流108
6.4半導體雷射器p-n結110
6.4.1二極體理想因子110
6.4.2閾值處的固定準費米能級110
6.5二極體特性總結111
6.6雷射器的金屬接觸112
6.6.1能級定義112
6.6.2能帶結構114
6.7雷射器歐姆接觸的實現117
6.7.1金屬-半導體結中的電流傳導：熱離子發射118
6.7.2金屬-半導體結中的電流傳導：隧穿電流119
6.7.3二極體電阻和接觸電阻的測量120
6.8小結121
6.9問題122
6.10習題123
7光學腔125
7.1概述125
7.2本章概述126
7.3法布里-珀羅光腔概述127
7.4雷射腔支持的光學縱模128
7.4.1標準具支持的光學模式：一維雷射腔128
7.4.2長標準具的自由光譜範圍129
7.4.3法布里-珀羅雷射器腔體中的自由光譜範圍131
7.4.4法布里-珀羅雷射器的光學輸出133
7.4.5縱模134
7.5基於光譜的增益計算135
7.6光腔中的橫向模式137
7.6.1真實雷射器中橫向模式的重要性138
7.6.2全反射140
7.6.3橫向電場和橫向磁場模式141
7.6.4波導模式的定量分析142
7.7二維波導設計146
7.7.1二維限制146
7.7.2有效折射率方法146
7.7.3針對雷射器的波導設計148
7.8小結149
7.9問題150
7.10習題150
8雷射器調製153
8.1概述：數字和模擬光傳輸153
8.2數字傳輸規格154
8.3雷射器小信號調製155
8.3.1小信號調製的測量156
8.3.2LED的小信號調製157
8.3.3回顧雷射器速率方程159
8.3.4小信號均勻雷射器回響的推導161
8.3.5小信號雷射器均勻回響163
8.4雷射器AC電流調製164
8.4.1推導大綱164
8.4.2雷射器調製的測量和方程165
8.4.3雷射器調製回響分析167
8.4.4時間常數效應示範169
8.5雷射器頻寬的極限170
8.6相對強度噪聲測量172
8.7大信號調製173
8.7.1眼圖建模174
8.7.2雷射器系統注意事項175
8.8小結176
8.9學習要點176
8.10問題177
8.11習題178
9分布反饋雷射器180
9.1單波長雷射器180
9.2單波長雷射器的必要性181
9.2.1單波長器件的實現183
9.2.2窄增益介質183
9.2.3高自由光譜範圍和中等增益頻寬183
9.2.4外部布拉格反射器185
9.3分布反饋雷射器：概述186
9.3.1分布反饋雷射器：物理結構186
9.3.2布拉格波長和耦合188
9.3.3單位往返增益188
9.3.4增益包封189
9.3.5分布反饋雷射器：設計與製作190
9.3.6分布反饋雷射器：零淨相位191
9.4分布反饋雷射器的實驗數據194
9.4.1相位對閾值電流的影響194
9.4.2相位對腔體功率分布及斜率的影響194
9.4.3相位對單模良率的影響196
9.5建模分布反饋雷射器198
9.6耦合模式理論201
9.6.1衍射的直觀圖像201
9.6.2分布反饋雷射器的耦合模式理論202
9.6.3測量κ206
9.7固有單模雷射器207
9.8其他類型的光柵208
9.9學習要點209
9.10問題210
9.11習題210
10其他：色散，製造及可靠性212
10.1概述212
10.2色散和單模器件213
10.3雷射器的溫度效應215
10.3.1波長的溫度效應215
10.3.2直流特性的溫度效應216
10.4雷射器製造：晶圓生長，晶圓製造，晶片製造與測試219
10.4.1襯底晶圓製造219
10.4.2雷射器設計220
10.4.3異質結構生長221
10.4.3.1異質結構生長：分子束外延221
10.4.3.2異質結構生長：金屬有機物化學氣相沉積221
10.5光柵製作223
10.5.1光柵製作223
10.5.2光柵二次生長224
10.6晶圓製造225
10.6.1晶圓製造：脊形波導225
10.6.2晶圓製造：掩埋異質結構與脊形波導226
10.6.3晶圓製造：垂直腔面發射雷射器228
10.7晶片製造230
10.8晶圓測試和良率231
10.9可靠性232
10.9.1單個器件測試和失效模式233
10.9.2失效的定義234
10.9.3老化速率的阿倫尼烏斯關係234
10.9.4老化速率，FIT和MTBF分析235
10.10結束語237
10.11小結238
10.12問題239
10.13習題239
附錄241
附錄1國際單位制詞頭（SI詞頭）241
附錄2單位換算表242
附錄3常用物理量242
附錄4中英文辭彙對照表243
參考文獻247
1.1概述1
1.2光通信簡介1
1.2.1光通信基礎1
1.2.2重要的巧合3
1.2.3光放大器4
1.2.4完整的技術5
1.3半導體雷射器圖片5
1.4本書結構7
1.5問題8
2雷射器的基礎知識9
2.1概述9
2.2雷射器簡介9
2.2.1黑體輻射9
2.2.2黑體輻射的統計熱力學觀點11
2.2.3幾種機率分布函式11
2.2.4態密度12
2.2.5黑體光譜15
2.3黑體輻射：愛因斯坦的觀點16
2.4激射的含義18
2.5自發輻射、受激輻射和激射之間的差異20
2.6一些激射系統例子21
2.6.1摻鉺光纖雷射器21
2.6.2氦-氖氣體雷射器21
2.7小結23
2.8問題24
2.9習題25
3半導體雷射材料1：基礎26
3.1概述26
3.2能帶和輻射複合26
3.3半導體雷射器材料體系28
3.4確定帶隙30
3.4.1Vegard定律：三元化合物31
3.4.2Vegard定律：四元化合物32
3.5晶格常數、應變和臨界厚度33
3.5.1薄膜外延生長34
3.5.2應變和臨界厚度34
3.6直接和間接帶隙37
3.6.1色散圖37
3.6.2色散圖的特點40
3.6.3直接和間接帶隙40
3.6.4聲子41
3.7小結43
3.8問題43
3.9習題44
4半導體雷射材料2：態密度、量子阱和增益46
4.1概述46
4.2半導體中電子和空穴的密度46
4.2.1方程式(4.9)的變換：有效質量48
4.2.2方程式(4.9)的變換：包含帶隙50
4.3量子阱雷射材料51
4.3.1理想量子阱中的能級52
4.3.2實際量子阱中的能級54
4.4量子阱中的態密度55
4.5載流子數57
4.5.1準費米能級57
4.5.2空穴數與電子數58
4.6激射條件59
4.7光增益60
4.8半導體光增益61
4.8.1聯合態密度62
4.8.2占據因子63
4.8.3比例常數64
4.8.4線寬展寬64
4.9小結65
4.10學習要點66
4.11問題66
4.12習題67
5半導體雷射器的運行70
5.1概述70
5.2簡單的半導體雷射器71
5.3雷射器的定性模型71
5.4吸收損失74
5.4.1帶間和自由載流子吸收75
5.4.2能帶-雜質吸收76
5.5速率方程模型77
5.5.1載流子壽命79
5.5.2穩態的重要性80
5.5.3增益和光子壽命的單位81
5.5.4斜率效率83
5.6腔面鍍膜器件84
5.7完整DC分析87
5.8小結89
5.9問題90
5.10習題91
6半導體雷射器電學性質94
6.1概述94
6.2p-n結基礎94
6.2.1載流子密度作為費米能級位置的函式95
6.2.2p-n結中的能帶結構和電荷98
6.2.3非偏p-n結中的電流100
6.2.3.1擴散電流100
6.2.3.2漂移電流100
6.2.4內置電壓101
6.2.5空間電荷區寬度102
6.3外加偏置的半導體p-n結104
6.3.1外加偏置和準費米能級104
6.3.2複合和邊界條件105
6.3.3少子準中性區擴散電流108
6.4半導體雷射器p-n結110
6.4.1二極體理想因子110
6.4.2閾值處的固定準費米能級110
6.5二極體特性總結111
6.6雷射器的金屬接觸112
6.6.1能級定義112
6.6.2能帶結構114
6.7雷射器歐姆接觸的實現117
6.7.1金屬-半導體結中的電流傳導：熱離子發射118
6.7.2金屬-半導體結中的電流傳導：隧穿電流119
6.7.3二極體電阻和接觸電阻的測量120
6.8小結121
6.9問題122
6.10習題123
7光學腔125
7.1概述125
7.2本章概述126
7.3法布里-珀羅光腔概述127
7.4雷射腔支持的光學縱模128
7.4.1標準具支持的光學模式：一維雷射腔128
7.4.2長標準具的自由光譜範圍129
7.4.3法布里-珀羅雷射器腔體中的自由光譜範圍131
7.4.4法布里-珀羅雷射器的光學輸出133
7.4.5縱模134
7.5基於光譜的增益計算135
7.6光腔中的橫向模式137
7.6.1真實雷射器中橫向模式的重要性138
7.6.2全反射140
7.6.3橫向電場和橫向磁場模式141
7.6.4波導模式的定量分析142
7.7二維波導設計146
7.7.1二維限制146
7.7.2有效折射率方法146
7.7.3針對雷射器的波導設計148
7.8小結149
7.9問題150
7.10習題150
8雷射器調製153
8.1概述：數字和模擬光傳輸153
8.2數字傳輸規格154
8.3雷射器小信號調製155
8.3.1小信號調製的測量156
8.3.2LED的小信號調製157
8.3.3回顧雷射器速率方程159
8.3.4小信號均勻雷射器回響的推導161
8.3.5小信號雷射器均勻回響163
8.4雷射器AC電流調製164
8.4.1推導大綱164
8.4.2雷射器調製的測量和方程165
8.4.3雷射器調製回響分析167
8.4.4時間常數效應示範169
8.5雷射器頻寬的極限170
8.6相對強度噪聲測量172
8.7大信號調製173
8.7.1眼圖建模174
8.7.2雷射器系統注意事項175
8.8小結176
8.9學習要點176
8.10問題177
8.11習題178
9分布反饋雷射器180
9.1單波長雷射器180
9.2單波長雷射器的必要性181
9.2.1單波長器件的實現183
9.2.2窄增益介質183
9.2.3高自由光譜範圍和中等增益頻寬183
9.2.4外部布拉格反射器185
9.3分布反饋雷射器：概述186
9.3.1分布反饋雷射器：物理結構186
9.3.2布拉格波長和耦合188
9.3.3單位往返增益188
9.3.4增益包封189
9.3.5分布反饋雷射器：設計與製作190
9.3.6分布反饋雷射器：零淨相位191
9.4分布反饋雷射器的實驗數據194
9.4.1相位對閾值電流的影響194
9.4.2相位對腔體功率分布及斜率的影響194
9.4.3相位對單模良率的影響196
9.5建模分布反饋雷射器198
9.6耦合模式理論201
9.6.1衍射的直觀圖像201
9.6.2分布反饋雷射器的耦合模式理論202
9.6.3測量κ206
9.7固有單模雷射器207
9.8其他類型的光柵208
9.9學習要點209
9.10問題210
9.11習題210
10其他：色散，製造及可靠性212
10.1概述212
10.2色散和單模器件213
10.3雷射器的溫度效應215
10.3.1波長的溫度效應215
10.3.2直流特性的溫度效應216
10.4雷射器製造：晶圓生長，晶圓製造，晶片製造與測試219
10.4.1襯底晶圓製造219
10.4.2雷射器設計220
10.4.3異質結構生長221
10.4.3.1異質結構生長：分子束外延221
10.4.3.2異質結構生長：金屬有機物化學氣相沉積221
10.5光柵製作223
10.5.1光柵製作223
10.5.2光柵二次生長224
10.6晶圓製造225
10.6.1晶圓製造：脊形波導225
10.6.2晶圓製造：掩埋異質結構與脊形波導226
10.6.3晶圓製造：垂直腔面發射雷射器228
10.7晶片製造230
10.8晶圓測試和良率231
10.9可靠性232
10.9.1單個器件測試和失效模式233
10.9.2失效的定義234
10.9.3老化速率的阿倫尼烏斯關係234
10.9.4老化速率，FIT和MTBF分析235
10.10結束語237
10.11小結238
10.12問題239
10.13習題239
附錄241
附錄1國際單位制詞頭（SI詞頭）241
附錄2單位換算表242
附錄3常用物理量242
附錄4中英文辭彙對照表243
參考文獻247
