PHOTONICS AND LASERS: AN INTRODUCTION pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

图书标签:

• 光子学
• 激光
• 光学
• 物理
• 工程
• 技术
• 科学
• 教育
• 入门
• 光电子学

This book evolved from a series of courses developed by the author and taught in the areas of lasers and photonics. This thoroughly classroom-tested work fills a unique need for students, instructors, and industry professionals in search of an introductory-level book that covers a wide range of topics in these areas. Comparable books tend to be aimed either too high or too low, or they cover only a portion of the topics that are needed for a comprehensive treatment.

《光电子学与激光技术：基础与应用》 （此书不包含《PHOTONICS AND LASERS: AN INTRODUCTION》中的内容） 图书简介 核心主题： 本书深入探讨现代光电子学和激光技术领域的前沿进展、关键理论框架与工程应用，聚焦于光与物质相互作用的深层机制、先进光电子器件的设计与制造，以及激光技术在工业、医疗和信息科学中的创新性部署。全书旨在为读者构建一个全面、深入且具有实践指导意义的知识体系，超越基础概念的介绍，侧重于当前研究热点和工程化挑战的解决策略。 第一部分：光与物质的相互作用——从量子到宏观 本部分将重点剖析光与物质在不同尺度上的相互作用规律，为理解光电子器件的工作原理奠定坚实的物理基础。 第一章：量子光学基础与光子态的调控 本章将超越经典电磁学的范畴，深入探讨量子电动力学（QED）对光与物质相互作用的描述。内容将包括：光子的量子特性、光场与原子/分子的耦合机制（吸收、自发辐射、受激辐射的量子速率方程）、以及量子相干性的概念及其在信息处理中的潜力。重点解析压缩态光场、单光子源的生成与表征技术，以及量子点和量子阱结构中载流子与光子的耦合模式。讨论如何利用超辐射和光囚禁效应来增强光子-物质耦合强度。 第二章：半导体材料的光电特性与能带工程 本章聚焦于光电子学核心——半导体材料。详细阐述直接带隙与间接带隙材料的区分及其在发光与探测中的应用差异。深入分析激子（Excitons）的形成、动力学及其在高温下的稳定性。内容将覆盖掺杂效应对费米能级的精确调控，以及量子限制效应在二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）中引起的能带结构重构。此外，还将探讨缺陷工程在优化光电转换效率中的作用，特别是针对非辐射复合路径的抑制策略。 第三章：非线性光学现象与高次谐波产生 本部分将系统介绍光场强度足够高时材料表现出的非线性响应。核心内容包括：二阶非线性效应（如倍频、和频生成）的张量描述和晶体学要求，以及三阶非线性效应（如克尔效应、自聚焦）。特别关注高次谐波产生（HHG）的物理机制，包括鞍点逼近法和实时间演化的模拟方法，并讨论如何利用HHG作为阿秒脉冲光源的基础。讨论如何通过光子晶体和超材料结构来增强或操纵非线性响应。 第二部分：先进光电子器件与集成技术 本部分将关注现代光电子系统的核心组件，重点介绍器件结构、设计优化和制造工艺。 第四章：高效率光通信中的半导体激光器与探测器 详细分析量子阱激光器（QWL）和量子点激光器（QDL）的设计优化，包括阈值电流密度、边模抑制比（SMSR）的提升策略。深入讨论调制速率的限制因素（如载流子弛豫时间）及其突破方法。在探测器方面，重点研究雪崩光电二极管（APD）的噪声机制与增益控制，以及单光子雪崩二极管（SPAD）的优化，特别关注其在量子密钥分发（QKD）中的应用性能。 第五章：光电探测与成像系统 本章聚焦于高灵敏度光电转换技术。详细介绍互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器的像素设计，包括全局快门与卷帘快门的优劣对比，以及背照式（BSI）结构的优势。深入探讨红外成像技术，包括II型外延结（Type-II Superlattice）的材料选择和载流子输运机制。此外，还将介绍光电导-电荷耦合器件（PC-CCD）在低照度环境下的信号增强技术。 第六章：光子集成电路（PICs）与波导理论 本部分探讨将光学功能元件集成到芯片上的挑战与解决方案。核心内容包括硅光子学（Silicon Photonics）平台的材料特性、光刻工艺限制，以及无源集成（如波导、分束器）和有源集成（如片上激光器、调制器）的技术路线。详细分析光波导的模式耦合理论、损耗的分解（散射损耗与辐射损耗），并探讨微环谐振腔的品质因数（Q值）优化方法及其在波分复用（WDM）系统中的应用。 第三部分：先进激光系统与超快科学 本部分将系统介绍激光器的工作原理、模式锁定技术及其在科学研究和工业加工中的前沿应用。 第七章：激光器的腔体设计与模式锁定技术 超越基础增益介质，本章专注于实现高性能激光输出的工程技术。深入分析增益介质的能级结构对激光特性的影响（如斯托克斯频移）。详述锁模机制的物理基础，包括可饱和吸收体锁模（SESAM）、克尔透镜锁模（Kerr-Lens Mode-Locking, KLM）的优化参数（如饱和吸收率和非线性系数）。重点探讨增量式激光器和分布式反馈（DFB）激光器的特殊腔体结构设计及其在特定波长输出中的优势。 第八章：超快激光脉冲的产生与测量 本章聚焦于皮秒、飞秒量级超短脉冲的生成与表征。详细解析自相位调制（SPM）和交叉相位调制（XPM）在脉冲展宽中的作用。讨论如何利用光纤激光器实现高重复频率、高平均功率的超快源。脉冲表征部分将深入介绍自相关测量的物理限制、频率分辨自相关（FROG）和瞬时频率分析（XSW）技术在脉冲相位重构中的应用。 第九章：激光在材料加工与生命科学中的应用 本章探讨高能激光与物质相互作用的宏观工程应用。在材料加工方面，重点分析飞秒激光诱导的透明聚焦烧蚀（TPA）在精密微纳加工中的优势，以及激光熔覆（Laser Cladding）过程中热源的耦合与熔池的动力学行为。在生命科学中，深入介绍双光子显微成像（Two-Photon Microscopy）的信号产生机制、深度穿透能力及其在活体组织成像中的局限性。最后，讨论激光清除（Laser Ablation）技术在外科手术中的能量沉积模型。 目标读者： 本书面向具有扎实物理或电子工程学基础的高年级本科生、研究生，以及从事光电子、激光技术研发与应用工程师。本书提供的知识深度和广度，将有助于读者迅速掌握该领域的关键挑战和前沿技术方向。

Preface.
1. Overview.
2. Review of Optics.
3. Planar Waveguides.
4. Cylindrical Waveguides.
5. Losses in Optical Fibers.
6. Dispersion in Optical Fibers.
7. Fiber Connections and Diagnostics.
8. Photonic Crystal Optics.
9. Nonlinear Optics.
10. Review of Semiconductor Physics.
11. Light Sources.
12. Light Source to Waveguide Coupling Efficiency.
13. Optical Detectors.
14. Photodiode Detectors .
15. Lasers and Coherent Light.
16. Optical Resonators.
17. Gaussian Beam Optics.
18. Stimulated Emission and Optical Gain.
19. Optical Amplifiers.
20. Laser Oscillation.
21. CW Laser Characteristics.
22. Pulsed Lasers.
23 Survey of Laser Types.
24 Optical Communications.
Bibliography.
Appendix A. Solid Angle and the Brightness Theorem.
Appendix B. Fourier Synthesis and the Uncertainty Relation.
List of Symbols.
Index.

评分☆☆☆☆☆

我是在準備公司內部技術培訓的時候，無意間接觸到這本書的。當時我的工作內容主要和光纖通訊有關，對光學和雷射的基礎知識有一些了解，但總覺得不夠深入，很多時候遇到問題，只能憑經驗去摸索。這本書的出現，可說是及時雨。 它從更宏觀的角度，介紹了光電領域的發展歷程，包括早期光學的重大發現，一直到現代雷射和光電子學的蓬勃發展。這讓我對整個領域有一個更全面的認識，也更能理解為什麼某些技術會演變成現在這個樣子。書裡面還花了很大的篇幅，介紹了各種光電器件的設計原理和製作工藝，像是LED、光電二極體、光電晶體等等。我記得我還特別仔細地研究了半導體雷射的p-n結結構，以及它是如何通過注入載流子來產生光子的。這讓我對我們日常使用的很多電子產品，有了更深入的理解，也更能體會到科技進步的奇妙。

评分☆☆☆☆☆

這本書啊，拿到手的時候，第一個感覺就是「重」。你知道，就是那種厚實的，拿在手上沉甸甸的，讓人覺得裡面一定裝滿了真材實料的感覺。我是在準備研究所考試的時候，偶然在教授推薦書單上看到的。那時候我對光電領域還是一知半解，感覺就像在黑暗中摸索。但是一翻開這本書，立刻就被它那清晰的架構和循序漸進的講解吸引了。 作者並沒有一開始就丟給你一堆艱澀的數學公式，而是從最基礎的光學原理講起，像是光的波動性、粒子性，還有一些經典的光學現象，像是干涉、繞射這些，都講得非常細緻。我記得我還特別仔細地看了關於干涉的部分，書裡面的圖解都畫得非常生動，配合著文字說明，讓我這個對物理原本有點沒輒的學生，都能理解得七七八八。而且，作者還會適時地舉例，說明這些原理在日常生活中的應用，像是雷射切割、光纖通訊等等，這樣一來，學習起來就不會那麼枯燥乏味，反而會覺得很有趣，好像在解開一個個科學的謎團。

评分☆☆☆☆☆

這本書最讓我印象深刻的地方，就是它在講述雷射原理的部分。你知道，雷射在我們生活中無所不在，從DVD播放器到醫療手術，都離不開它。但是要真正理解雷射是如何產生的，又是另一回事了。這本書花了好幾個章節，深入淺出地解釋了激發態、粒子數反轉、自發輻射和受激輻射這些核心概念。 我記得當時我為了搞懂「粒子數反轉」這個概念，來來回回看了好幾遍。書裡面的示意圖，把原子在不同能階的狀態畫得非常清楚，而且作者還用了一個很貼切的比喻，讓我覺得豁然開朗。他把原子比喻成一個個小小的開關，只有當足夠多的開關被「推上去」的時候，才能產生強大的雷射光束。這種用生活化的例子來解釋複雜物理現象的方法，真的讓我佩服。而且，書中還介紹了不同類型的雷射，像是氣體雷射、半導體雷射等等，並且分析了它們各自的優缺點和應用領域，這讓我對雷射的認識，從一個模糊的概念，變得非常具體。

评分☆☆☆☆☆

這本《PHOTONICS AND LASERS: AN INTRODUCTION》之所以讓我這麼驚喜，很大一部分是因為它紮實的數學基礎和嚴謹的推導過程。雖然我前面有提到它講解得很淺顯易懂，但這並不代表它就犧牲了學術上的嚴謹性。相反地，在每個重要的概念後面，作者都會給出詳細的數學推導，讓你明白這些公式是如何得出來的。 我特別記得關於光電轉換效率的部分，書裡面的數學模型非常完整，從最初的量子力學原理，一步步推導到最後的效率公式。這對我這種需要寫論文、做研究的人來說，簡直是如獲至寶。你可以從中學到如何運用這些數學工具來分析和設計光電器件，而不是死記硬背結論。而且，書裡面的習題也很有挑戰性，很多題目都需要你綜合運用書中學到的知識才能解答，這能有效地檢驗你對內容的掌握程度。對我來說，這本書不僅是一本教材，更像是一本工具書，裡面有很多值得我反覆鑽研的寶藏。

评分☆☆☆☆☆

要說這本《PHOTONICS AND LASERS: AN INTRODUCTION》最讓我感到「物超所值」的部分，那絕對是它在光學材料和器件的應用方面所提供的豐富資訊。書中不只是理論，更包含了許多實際的例子，讓你看到這些光學原理是如何被轉化成實際的產品和技術。 我記得我花了很多時間閱讀關於非線性光學的章節，作者介紹了如何利用某些特殊材料來產生二次諧波、三次諧波，這在光學訊號處理和雷射技術中都有著廣泛的應用。書裡還提到了光纖的製造過程，以及不同類型光纖的特性，這對我理解光訊號在長距離傳輸時是如何衰減和變形的非常有幫助。另外，我也學到了一些關於光電偵測器的種類和原理，像是光電倍增管、光電二極體陣列等等，這些都是我們在進行光學量測時，不可或缺的工具。總之，這本書不僅僅是一本理論書，更像是一本實用的技術手冊，能幫助你在實際工作中，找到解決問題的靈感和方法。