VCSEL 技术原理与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2024

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垂直共振腔面射型雷射的发展与量产将近40年，在光通讯与光资讯领域已经成为不可或缺的主动光源最佳解决方案，并在近10年陆续应用在各式各样的感测器相关用途，因此相关产业也开始进入高速成长期。

　　本书主要针对大专院校及研究所具备物理、电子电机、材料、半导体与光电科技相关背景的学生以及相关产业研发人员，提供一个进阶课程所需的参考书。全书共分为七章，第一章将介绍面射型雷射发展历程，第二章主要说明半导体雷射操作原理接续第三章针对面射型雷射结构设计考量与第四章动态操作等特性分析，第五章介绍目前最广泛应用的砷化镓系列材料面射型雷射制程技术，第六章探讨长波长面射型雷射制作技术以及在光通讯、光资讯以及感测技术上的应用，第七章介绍採用氮化镓系列材料制作短波长面射型雷射之最新进展以及相关应用及发展趋势。

　　台湾在面射型雷射技术研发已经形成涵盖上中下游的磊晶成长、晶粒制程与封装模组的完整产业链，希望读者能借由本书了解相关产业发展概况并激发深入研究的动机与兴趣。
 

作者简介

卢廷昌

　　国立交通大学光电系特聘教授兼系主任

尤信介

　　国立交通大学照明与能源光电研究所助理教授
 

第一章　垂直共振腔面射型雷射的发展
1.1　雷射发展历史
1.2　面射型雷射发展历程
1.3　面射型雷射之优点
1.4　面射型雷射初期研发进展
1.5　可见光面射型雷射
1.6　长波长面射型雷射
1.7　多波长与可调波长面射型雷射
1.8　短波长面射型雷射
参考资料

第二章　半导体雷射基本操作原理与结构
2.1　双异质接面
2.2　半导体光增益与放大特性
2.3　半导体雷射震盪条件
2.3.1　振幅条件　
2.3.2　相位条件　
2.4　速率方程式与雷射输出特性
本章习题
参考资料

第三章　VCSEL基本操作原理
3.1　VCSEL与EEL的比较
3.2　布拉格反射镜
3.2.1　传递矩阵　
3.2.2　穿透深度　
3.2.3　布拉格反射镜结构设计　
3.3　垂直共振腔面射型雷射之特性
3.4　温度效应
3.5　微共振腔效应
3.6　载子与光学侷限结构
本章习题
参考资料

第四章　高速VCSEL操作动态特性
4.1　小信号响应
4.1.1　弛豫频率与截止频率　
4.1.2　非线性增益饱和效应　
4.1.3　高速雷射调制之设计　
4.1.4　小信号速率方程式之暂态解　
4.2　大信号响应
4.2.1　导通延迟时间　
4.2.2　大信号调制之数值解　
4.3　线宽增强因子与啁啾
4.3.1　频率啁啾与频率调制　
4.3.2　半导体雷射之发光线宽
4.4　相对强度杂讯
本章习题
参考资料

第五章　GaAs-based VCSEL制作技术
5.1　电流侷限方法
5.1.1　增益波导　
5.1.2　折射率波导　
5.1.3　离子佈植法　
5.1.4　氧化侷限法　
5.2　面射型雷射制程技术
5.2.1　蚀刻　
5.2.2　选择性氧化　
5.2.3　金属电极制作　
本章习题
参考资料

第六章　红外光VCSEL技术与应用
6.1　红外光VCSEL元件
6.1.1　InP异质接面／量子井面射型雷射　
6.1.2　InGaAs量子井面射型雷射　
6.1.3　InGaAsN量子井面射型雷射　
6.1.4　InAs量子点面射型雷射　
6.2　红外光VCSEL应用
6.2.1　光通讯应用与高频操作　
6.2.2　光资讯应用与单模操作　
6.2.3　感测器应用　
本章习题
参考资料

第七章　蓝紫光VCSEL技术与应用
7.1　蓝紫光VCSEL用之反射镜
7.2　光激发式蓝紫光VCSEL
7.3　电激发式蓝紫光VCSEL
7.4　蓝紫光VCSEL的近期发展
7.4.1　混合式氮化镓VCSEL　
7.4.2　介电质氮化镓VCSEL　
参考资料

1.1　雷射发展历史
 
LASER是「light amplification by stimulated emission of radiation」的缩写，台湾音译为雷射，中国大陆意译为激光，意指光在受激发放大情况下所产生的同调光源。在1964年诺贝尔物理奖颁发给公认雷射理论奠基者包含Charles Townes，Nikolay Basov与Alexander Prokhorov三人之前，不同种类的雷射以及相关专利已经陆续被实际制作出来，包括1960年在休斯实验室（Hughes Research Laboratories）任职的梅曼（Theodore Maiman）[1]利用闪光灯脉冲光源激发红宝石晶体产生有史以来第一道人造的同调光源，发光波长为694.3nm，同一年任职于美国电话电报公司（AT&T）贝尔实验室（Bell Lab.）的Ali Javan，William Bennett和Donald Herriott成功制作了第一台利用氦气和氖气作为增益介质的气体雷射（HeNe laser）[2]，这也是第一个连续波（continuous wave, CW）操作的雷射光源，发光波长为1153nm[3]，半年后另一团队所制作的氦氖雷射发光波长632.8nm成为稍后较为普遍被採用的红光雷射光源[4]。
 
Ali Javan与Nikolay Basov提出利用半导体材料制作雷射二极体的构想，但是稍早在1956年的时候日本东北大学的西泽润一教授已经提出雷射二极体的专利申请，甚至比1958年Gordon Gould提出LASER名词缩写的时间都还要更早。在1962年Robert N. Hall首次利用砷化镓（GaAs）材料同质接面（homojunction）结构制作出第一个雷射二极体[5]，发光波长为842nm，可以在77K液态氮温度下脉冲操作（pulse operation），同年Nick Holonyak Jr.教授在任职于通用电气公司（General Electric Co.）时率先採用磷砷化镓（GaAsP）制作出第一个可见光波段的红光半导体雷射二极体[6]并发明了第一个红光发光二极体（light emitting diodes, LED），在1962年底前GE已经开始贩售Robert N. Hall开发的砷化镓雷射二极体和Nick Holonyak Jr.教授开发的磷砷化镓雷射二极体与发光二极体，其中红光LED一颗售价260美元，砷化镓红外光雷射二极体售价1300美元，磷砷化镓红光雷射二极体售价2600美元，同时期德州仪器公司（Texas Instruments, TI）贩售的砷化镓红外光发光二极体售价为130美元[7]。

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