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内容介绍

《光电子器件物理学》共六章，第1章对光电器件一个多世纪的发展历程，分五个阶段做了评述；第2，3，4，5章对光电器件和光电子技术相关的物理理论作了精选和评述；第6章讲述实用光电器件原理与技术，选择当今最具代表性和正在发展中的器件作了特别论述。在浩如烟海的光电子技术中，《光电子器件物理学》给读者一种清晰的思路和深入的物理思想启发，可供大学高年级学生和研究生及光电技术科技工作者学习和工作参考。

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精彩书摘

前节已经讲过光电效应，而电光效应，就是电致发光器件，也称为发光器件。如半导体激光器和发光二极管等人造光源。制作光源器件主要是寻找发光材料，发光材料的研究已经形成一个材料学的学科，是一个发展中的学科。这里暂不讨论，而电光效应对光电子技术的发展是有重要贡献的。从科学历史看，在人们还不知道怎样在生产中应用电时，就已经开始应用光现象了。物理学创始人伽利略（Galileo，1564-1642）发明了第一台望远镜，并用几何光学计算出焦距。那时的光学元件就是玻璃块，可惜的是在以前的三百多年中，光学和光学仪器应用（或者说光学工程技术）没有多少进步，从物理原理来看没有什么变化，一直维持在宏观物理的水平上，可是从19世纪开始，电的应用却是突飞猛进，从1831年法拉第（Faraday.Michael）电磁感应实验开始，电动机、发电机、电厂、电网和电站等都出现了，使得19世纪被称为电的世界，电动力成为生产生活主要能源。后来（1862年）麦克斯韦电磁场理论的出现，使得物理学研究进入微观物质世界，19世纪末开始发展现代物理或者说微观物理（指原子物理和量子力学）研究，最早发现电子（1897年提出，1907年实验确认），电磁波是1865年麦克斯韦（Maxwell）提出的，1887年赫兹（Hertz）实验证实。1895-1897年马可尼（Marconi）和波波夫（TIonob）发明无线电接收装置。那时的光电子技术只是电子技术，而且直到激光器发明（1960年）之前，在光电子技术年代，光学技术部分只能说“光”，不能说“光子”，而且是可见光波段。所以光电子技术早期工作是利用光电效应的物理原理，用电子学仪器研究用光照射的物体，当时对微观光学的知识还很少，后来的研究表明，我们能看到的观察体是反射光起决定性作用，而不是入射光。所以光电探测器的设计主要是改善对反射光的接收能力，如灵敏度、响应速度和清晰度等。 那时对光的应用目的，主要是能够更清楚更详细的看到东西，其实就是古老光学（约在16世纪）提出的问题：人眼为什么能看到东西？光电探测器也就是回答这个问题的初始答案。 再来分析人眼看到东西的物理过程，当入射光照射物体时，是反射光到达的人眼，也就是说反射光带来了观察对象的信息，如颜色、清晰度和形状，而这些信息正好跟光的三要素：频率、振幅和相位一一对应。而不同的物体这三要素的数值是不一样的，因此把反射光称信息光，因为照射到观察对象，把入射光受到观察对象调制成反射光，也就是反射光带回了观察对象的位置、形状和颜色，而入射光就没有这些信息的。 所以人眼看到的东西是由反射光的三要素确定的，而入射光的频率（或颜色）、强度、相位对任何物体都是一样的，直接观察入射光就无法区分不同的观察对象，无法区分就是没看到，所以有观察意义的光是反射光或者说是信息光，这就如同太阳光挂在天上，对所有生物用途都是一样的，有的生物黑天可以活动，而白天不能活动，因为看不到东西；人在黑天不能活动，看不到东西，为什么？就是人和其他生物一样长在他们身上的眼睛不同。

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第1章光电子器件概论 1.1 光子学与电子学器件 1.1.1 电子管 1.1.2 晶体管 1.1.3 激光器 1.1.4 集成电路出现 1.1.5 集成光学和光纤通信 1.1.6 半导体激光器 1.1.7 半导体光电探测器 1.2 超晶格量子阱器件 1.3 光电图像转换器 1.3.1 引言 1.3.2 摄像管 1.3.3 变像管和像增强器 1.3.4 光电图像转换器的应用 1.4 微细加工技术 1.4.1 微细加工技术的产生 1.4.2 平面薄膜加工技术 1.4.3 几何图形制作技术 1.5 光电子信息技术发展评述 1.5.1 光电子信息技术发展阶段 1.5.2 光电子技术与理论 1.5.3 当今发展光子和电子技术必须的物理理论 第2章光波与电磁波理论基础 2.1 电磁场 2.1.1 静电场和高斯定理 2.1.2 电介质的极化与极化强度 2.1.3 电介质中的电场与电感应强度 2.2 静电势、泊松方程与拉普拉斯方程 2.2.1 静电势 2.2.2 泊松方程 2.2.3 分离变量法求解拉普拉斯方程 2.3 静电能 2.3.1 真空中点电荷系的静电能 2.3.2 电荷连续分布时的静电场 2.3.3 导体系的静电能 2.4 稳恒电流与磁场 2.4.1 稳恒电流与稳恒电场 2.4.2 欧姆定律及维持稳恒电流的条件 2.4.3 稳恒电流与稳恒电场分布 2.5 真空中稳恒电流的磁场 2.5.1 电流间相互作用的安培定律 2.5.2 电流的磁场、毕奥一萨伐尔定律 2.5.3 磁场的散度与旋度 2.5.4 磁感应强度的边值关系 2.6 磁介质中的磁场 2.6.1 磁介质的磁化和磁化强度 2.6.2 磁介质中的磁场强度与环路定理 2.7 静磁场的矢势与环形电流的磁场 2.7.1 静磁场的矢势及其满足的微分方程 2.7.2 静磁场的标势及其满足的微分方程 2.8 麦克斯韦方程组 2.8.1 法拉第电磁感应定律 2.8.2 麦克斯韦方程组 2.8.3 洛仑兹力公式 2.9 电磁场能量与动量 2.9.1 电磁场的能量与能量守恒 2.9.2 电磁场的动量与动量守恒 2.10 电磁波与电磁波方程 2.10.1 波动方程 2.10.2 平面电磁波 2.10.3 电磁波在绝缘介质分界面上的反射与折射 2.10.4 电磁波在导电介质中的传播及其在导体表面上的反射 2.11 电磁波在波导中的传播 2.11.1 矩形波导 2.11.2 圆柱形波导中传播的电磁波 2.12 电磁波在同轴传输线中的传播 2.12.1 同轴传输线中传播的电磁波 2.12.2 同轴线中传播的TEM主波 2.12.3 同轴传输线的电报方程 2.13 电介质波导与光导纤维 2.13.1 圆柱形介质波导的解 2.13.2 边值关系与特征方程 2.13.3 光纤中的导模 2.13.4 色散曲线和场分量分布 第3章电子与量子力学理论 3.1 量子力学产生的直接物理背景 3.1.1 黑体辐射能实验及普朗克开创量子论 3.1.2 普朗克量子论创新点与理论方法 3.1.3 光电效应与爱因斯坦的光量子学说 3.1.4 原子线状光谱与玻尔的旧量子论 3.1.5 量子概念的其他实验证明 3.2 量子论的基本概念和基本原理 3.2.1 一个观点 3.2.2 两条规律 3.2.3 五条基本原理 3.3 状态和薛定谔方程 3.3.1 状态和波函数的引进 3.3.2 薛定谔方程 3.4 体系粒子数守恒 3.4.1 体系的定态 3.4.2 粒子流密度公式与守恒定律 3.4.3 几率流密度矢量应用举例 3.5 一维无限深方势阱 3.5.1 求解定态问题的思考方法条理化 3.5.2 讨论 3.6 一维有限深方势阱（对称型） 3.7 一维线性谐振子 3.8 一维三角势阱 3.9 一维势垒与势阱的量子透射 3.9.1 一维方势垒量子反射与透射系数 3.9.2 一维势阱的量子透射讨论 3.9.3 6势阱与势垒的透射 3.10 简并态微扰理论 3.10.1 非简并态微扰理论 3.10.2 定态简并微扰理论 3.10.3 简并与非简并微扰的例题 3.11 含时微扰的量子跃迁 3.11.1 含时微扰的的基本方程 3.11.2 状态跃迁几率 3.11.3 含时周期微扰的共振跃迁 3.11.4 光跃迁的测不准关系 3.12 单量子阱光吸收和发射的初步量子理论 3.12.1 爱因斯坦的光发射与吸收原理 3.12.2 平衡态三种跃迁几率的公式推导 3.12.3 受光照射的原子体系量子跃迁 第4章固体物理与半导体物理基础 4.1 固体原子周期性排列的空间描述 4.1.1 晶体原子的几何空间描述 4.1.2 晶胞、晶面的矢量表示 4.1.3 晶体的对称性 4.2 倒格矢与布里渊区 4.2.1 倒易空间的晶格描述 4.2.2 布里渊区 4.3 晶格振动的量子论描述 4.3.1 简谐振动与热容量的量子理论 4.3.2 爱因斯坦和德拜的热容量理论 4.3.3 晶格线性微振动的格波解——光学支与声学支 4.4 固体电子运动的量子论描述 4.4.1 晶体价电子运动的理论模型 4.4.2 单电子近似与布洛赫波 4.5 准自由电子近似 4.5.1 定态微扰 4.5.2 简并微扰 4.5.3 能带与布里渊区 4.6 固体能带理论的启发性概念 4.6.1 电子运动的准经典粒子模型 4.6.2 能态密度与费米面 4.6.3 外场作用下的准经典粒子（有效质量概念） 4.6.4 导体、绝缘体和半导体能带区别 4.6.5 导电机制的定性讨论 4.7 金属电子论的基本问题 4.7.1 单电子近似模型 4.7.2 金属电子的费米分布 4.7.3 低温费米能级 4.8 光场作用的固体 4.8.1 固体介质极化 4.8.2 光的散射现象 4.8.3 光的吸收 4.8.4 激子 4.9 半导体的能带结构特性 4.9.1 带隙与带边有效质量 4.9.2 常见半导体的能带结构 4.10布里渊区与能带杂质能级 …… 第5章集成光学与光纤通信基础 第6章实用光电子器件 参考文献

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