《國外電子與通信教材系列：光子器件物理（第2版）》共15章，主要內容包括：光子器件的理論基礎，即量子力學和半導體物理；光傳輸的電磁場理論、光在各向異性介質中的傳輸、光波導理論和耦合模理論；半導體中的光學過程、半導體激光器基礎和先進半導體激光器；半導體激光器的直接調制、電光調制器、聲光調制器和電吸收調制器；光的探測和太陽能電池。
《國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鍵光子器件的工作原理、主要結構以及最新的研究進展，不但特別強調了光子器件的理論，給出了嚴格的理論推導，而且還給出了理論和實驗結果的比較。每一章末尾列出了主要參考資料，并附有習題。
《國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、光電子學、光電集成、光學工程、電子科學與技術、電子工程、物理學和材料學等專業或領域的研究生或高年級本科生的教材，也可以作為相關科技人員的一本非常有用的參考讀物。
譯者序
光子學主要研究光子的產生和運動特性、光子同物質的相互作用及其應用，它是一門新興的獨立學科，也是一門交叉學科和前沿學科。與此同時，建立在光子學基礎之上的光子技術，作為信息科學的支撐技術與電子技術相互滲透、補充，并發揮著越來越重要的作用。
光子器件作為光子學和光子技術的重要基礎，不但推動了光子技術應用領域的發展，而且使光子學的作用和地位獲得了社會的首肯和公認。雖然現已研發的光子器件已能在一定程度上滿足很多科技領域發展的需求，但隨著信息化社會的發展，不斷地對光子器件提出新的要求，繼續研發更高性能的光子器件是一項長期的創新性任務。而光子器件的研究必須建立在對固體中的光物理效應的充分掌握與運用的基礎上，只有通過深入了解基本的物理學原理，才能發展新的概念并設計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展前沿的書籍，而本書正是這樣一部光子學領域的權威著作。
本書作者莊順連博士現任美國伊利諾伊大學香檳分校電子和計算機工程系MacClinchie杰出教授，是國際光電子學和光子學領域的著名學者，長期從事光電子、光子器件的科研和教學工作。本書正是作者多年科研和教學工作的結晶。書中著重從物理概念上解釋關鍵光子器件的工作原理、主要結構以及最新的研究進展，不但特別強調光子器件的理論，給出了嚴格的理論推導，而且還給出了理論和實驗結果的比較。此外，書中還有題材新穎、內容豐富的習題，并列出了一些深入學習的參考文獻。這是一本優秀的教材，國外許多知名高校和科研院所采用它作為光電子、光電集成、光學工程、電子科學與技術、通信、材料科學等專業或領域的研究生或高年級本科生的教材，同時對從事光子學和光子技術研究的科技人員來說，本書也是一本非常有價值的參考讀物。
我們特此將它翻譯出來介紹給中文讀者。翻譯工作是由天津大學光纖非線性光子學研究室組織完成的，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章和術語；楊天新譯第14章；桑梅譯第15章和附錄；全書由賈東方審校統稿。葛春風、陳炯、王俊龍參與了翻譯工作。
要特別提及的是，在本書的翻譯和校對過程中，莊順連教授給予了細致的指導和無私的幫助，在此向莊教授表示衷心的感謝和崇高的敬意。還要感謝電子工業出版社對翻譯工作的大力支持，特別要衷心感謝本書的策劃編輯馬嵐女士和責任編輯周宏敏女士，沒有她們的辛勤付出，本書難以順利出版。
由于譯者學識所限，疏漏乃至錯誤在所難免，懇請廣大讀者及專家不吝賜教，提出修改意見，我們將不勝感激。
第1章 緒論
1.1 半導體能帶的基本概念和鍵合圖
1.2 半導體激光器的發明
1.3 光電子學領域
1.4 本書概述
習題
參考文獻
參考書目
第1部分 基礎理論
第2章 半導體電子學基礎
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 準靜電場
2.2 半導體電子學方程組
2.2.1 泊松方程
2.2.2 連續性方程組
2.2.3 載流子輸運方程
2.2.4 輔助關系
2.2.5 邊界條件
2.3 半導體中的產生和復合
2.3.1 輻射躍遷的帶間產生-復合過程
2.3.2 非輻射躍遷的產生-復合過程
2.3.3 本征量子效率
2.3.4 受激輻射過程引起的復合
2.3.5 碰撞電離產生-復合過程
2.4 產生-復合在光電子器件中的應用及舉例
2.4.1 均勻光注入
2.4.2 非均勻載流子產生
2.5 半導體p-N和n-P異質結
2.5.1 無偏置p-N結的耗盡近似
2.5.2 偏置p-N結
2.5.3 準費米能級和少數載流子注入
2.5.4 電流密度和I-V特性
2.5.5 半導體n-P異質結
2.6 半導體n-N異質結和金屬-半導體結
2.6.1 半導體n-N異質結
2.6.2 金屬-半導體結
習題
參考文獻
第3章 量子力學基礎
3.1 薛定諤方程
3.2 方勢阱
3.2.1 無限高勢壘模型
3.2.2 有限高勢壘模型
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 與時間無關的微擾理論
3.5.1 微擾法
3.5.2 矩陣表述
3.6 與時間有關的微擾理論
附錄3A L?wdin再歸一化(renormalization)方法
習題
參考文獻
第4章 半導體中的電子能帶結構理論
4.1 布洛赫定理和簡單能帶的kp方法
4.1.1 單一能帶的kp理論
4.1.2 二能帶（或非簡并多能帶）模型的kp理論
4.2 能帶結構的Kane模型：考慮自旋-軌道相互作用的kp方法
4.2.1 函數unk(r)的薛定諤方程
4.2.2 基函數和哈密頓矩陣
4.2.3 哈密頓矩陣的本征值和本征函數的解
4.2.4 本征能量和對應帶邊基函數總結
4.2.5 一般坐標方向
4.3 Luttinger-Kohn模型：簡并能帶的kp方法
4.3.1 哈密頓量和基函數
4.3.2 利用L?wdin微擾法的哈密頓量的解
4.3.3 總結
4.4 單一能帶和簡并能帶的有效質量理論
4.4.1 單一能帶的有效質量理論
4.4.2 簡并能帶的有效質量理論
4.5 應變對能帶結構的影響
4.5.1 應變半導體的Pikus-Bir哈密頓量
4.5.2 無自旋-軌道分裂帶耦合的能帶結構
4.5.3 具有自旋-軌道分裂帶耦合的應變半導體的能帶結構
4.6 任意一維勢中的電子態
4.6.1 傳輸矩陣方程的推導及其本征值求解
4.6.2 調制摻雜量子阱的自洽解
4.6.3 n型調制摻雜量子阱
4.6.4 p型調制摻雜量子阱
4.6.5 電子和空穴布居數
4.7 超晶格的Kronig-Penney模型
4.7.1 傳輸矩陣的推導
4.7.2 本征值和本征矢的解
4.8 半導體量子阱的能帶結構
4.8.1 導帶
4.8.2 價帶
4.8.3 子帶色散的直接實驗測量
4.8.4 Luttinger-Kohn哈密頓量的塊對角化(Block Diagonalization)
4.8.5 Luttinger-Kohn哈密頓量的軸向近似
4.8.6 2×2上哈密頓量解的數值方法
4.8.7 2×2下哈密頓量解的數值方法
4.9 應變半導體量子阱的能帶結構
4.9.1 應變量子阱的子帶能量
4.9.2 應變量子阱的價帶子帶能量色散
習題
參考文獻
第5章 電磁學和光的傳輸
5.1 時諧場和對偶原理
5.1.1 時諧場
5.1.2 電磁學中的對偶原理
5.2 坡印廷定理和倒易關系
5.2.1 坡印廷定理
5.2.2 倒易關系
5.3 均勻介質中麥克斯韋方程組的平面波解
5.4 光在各向同性介質中的傳輸
5.5 有損耗介質中的波傳輸：洛倫茲振子模型和金屬等離子體
5.5.1 半導體中的傳輸常數和折射率
5.5.2 洛倫茲偶極子模型
5.5.3 導電介質
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 平面波傳輸的阻抗概念
5.7 矩陣光學
5.8 平面波在多層介質反射的傳輸矩陣法
5.9 周期介質中的波傳輸
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關系
習題
參考文獻
第6章 光在各向異性介質中的傳輸和輻射
6.1 光在單軸介質中的傳輸
6.1.1 場解
6.1.2 k波面
6.1.3 折射率橢球
6.1.4 應用
6.2 旋光介質中的波傳輸：磁光效應
6.3 麥克斯韋方程組的通解和規范變換
6.4 輻射場和遠場圖樣
6.4.1 輻射場的一般表達式
6.4.2 遠場近似
習題
參考文獻
第7章 光波導理論
7.1 對稱介質平板波導
7.1.1 TE偏振的電場和導波條件的推導
7.1.2 圖解導波條件
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kz和有效折射率neff
7.1.6 AlxGa1-xAs體系的折射率
7.1.7 光學模式的歸一化常數
7.1.8 光限制因子Γ
7.1.9 TM模H=y Hy
7.2 非對稱介質平板波導
7.2.1 TE偏振，E=y Ey
7.2.2 TM偏振，H=y Hy
7.3 波導問題的射線光學方法
7.4 矩形介質波導
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 損耗或增益介質中的波傳導
7.7 表面等離子體波導
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
習題
參考文獻
第8章 耦合模理論
8.1 波導耦合器
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
8.2.1 耦合模理論的一般公式表述
8.2.2 本征解
8.2.3 耦合波導的通解
8.3 光波導耦合器的應用
8.3.1 光波導開關
8.3.2 Δβ耦合器
8.4 光環形諧振器和分插濾波器
8.4.1 波導環形諧振器系統的公式表述
8.4.2 光分插濾波器
8.4.3 耦合環光波導(CROW)結構
8.5 分布反饋(DFB)結構
8.5.1 耦合模方程的推導
8.5.2 耦合模方程的本征解
8.5.3 DFB結構的反射和透射
附錄8A 平行波導的耦合系數
附錄8B 改進的耦合模理論
習題
參考文獻
第9章 半導體中的光學過程
9.1 利用費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
9.1.4 介電常數的實部和虛部
9.2 自發輻射和受激輻射
9.2.1 光子的態密度
9.2.2 受激輻射和自發輻射：愛因斯坦A系數和B系數
9.2.3 光增益和自發輻射譜的推導
9.3 體半導體的帶間吸收和增益
9.3.1 帶間光學矩陣元的計算和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 量子阱的帶間光學矩陣元
9.4.2 聯合態密度和光吸收譜
9.4.3 準費米能級的確定
9.4.4 增益譜總結
9.4.5 理論增益譜及其和實驗的比較
9.5 體半導體和量子阱半導體的帶間動量矩陣元
9.5.1 體半導體的動量矩陣元
9.5.2 量子阱的動量矩陣元
9.6 量子點和量子線
9.6.1 量子點
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 實驗結果
9.7.4 子帶間量子級聯激光器
9.8 考慮價帶混合效應的量子阱激光器的增益譜
9.8.1 考慮價帶混合效應的增益譜的一般公式表述
9.8.2 動量矩陣元的計算
9.8.3 增益譜的最終表達式和數值例子
9.8.4 自發輻射譜和輻射電流密度
附錄9 A 基函數的坐標變換和動量矩陣元
習題
參考文獻
第10章 半導體激光器基礎
10.1 雙異質結半導體激光器
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
10.1.4 發光二極管和激光二極管：自發輻射和放大自發輻射所扮演的角色
10.1.5 放大自發輻射和光增益測量
10.2 增益導引和折射率導引半導體激光器
10.2.1 條形結構增益導引半導體激光器
10.2.2 折射率導引半導體激光器
10.3 量子阱激光器
10.3.1 一個簡化的增益模型
10.3.2 電子和空穴準費米能級的確定
10.3.3 零溫度增益譜
10.3.4 有限溫度增益譜
10.3.5 峰值增益系數與載流子濃度的關系
10.3.6 多量子阱激光器的標度率
10.4 應變量子阱激光器
10.4.1 有效質量對增益和透明載流子濃度的影響
10.4.2 應變對帶邊能量的影響
……
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