超高速光器件

第1章 概述 1

1.1 什么是“超高速” 1

1.2“超高速”的历史变迁 2

1.3 超高速光脉冲的特性 3

1.4 本书涉及的超高速光器件 5

第2章 半导体光器件的基本结构 9

2.1 pn结 9

2.2 异质结 12

2.4 量子阱、量子线和量子点 15

2.3 超晶格 15

2.5 光波导结构 17

2.6 分子束外延和金属有机气相生长 19

第3章 超高速半导体激光器 23

3.1 半导体激光器基础 23

3.1.1 放大器和振荡器 23

3.1.2 和物质的相互作用 25

3.1.3 激光器的增益发生机理 27

3.1.4 光学谐振腔 29

3.1.5 激光振荡及其条件 30

3.1.6 半导体激光器的基本结构和基本特性 31

3.1.7 分布反馈（DFB）型和分布布拉格反射器（DBR）型半导体激光器 36

3.2 半导体激光器的高速调制特性 38

3.2.1 半导体激光器的小信号调制特性 38

3.2.2 半导体激光器的寄生阻抗引起的频率响应 42

3.2.3 半导体激光器直接调制特性的数值分析 44

3.2.4 提高半导体激光器的直接调制特性的方法 47

3.2.5 半导体激光器的大振幅调制特性 48

3.3 半导体激光器的线性放大系数α和谐振频率的啁啾作用 50

3.3.1 参数α的定义和由来 50

3.3.2 高速调制的半导体激光器谐振频率的啁啾作用 54

3.3.3 参数α的测定和数值 57

3.3.4 改善啁啾作用或降低参数α的措施 58

3.4 超高速量子阱半导体激光器 59

3.4.1 量子阱内的电子、空穴能级和能态密度函数 59

3.4.2 量子阱半导体激光器的调制带宽和参数α 62

第4章 锁模半导体激光器 67

4.1 激光锁模 67

4.2 半导体激光器的锁模理论 73

4.2.1 锁模的基本方程 73

4.2.2 损耗调制的主动锁模 75

4.2.3 慢速可饱和吸收体的被动锁模 78

4.3.1 外镜结构的锁模半导体激光器 80

4.3 锁模半导体激光器的实验 80

4.3.2 单片结构锁模半导体激光器 81

4.3.3 分谐波注入锁模半导体激光器 84

第5章 增益开关半导体激光器 87

5.1 半导体激光器的增益开关工作 87

5.2 增益开关半导体激光器的实验和数值模拟 90

5.3 增益开关半导体激光器和脉冲压缩元件组合产生超短光脉冲 93

第6章 超高速光调制器 101

6.1.1 电光效应 102

6.1 电光光调制器基础 102

6.1.2 电光效应的光调制基本原理 104

6.1.3 波导型电光调制器 107

6.1.4 波导型电光调制器的调制波段 110

6.2 行波型电光相位调制器 113

6.3 波导干涉型光强调制器 115

6.4 电场吸收型电光调制器 121

6.4.1 量子束缚斯塔克效应（QCSE） 122

6.4.2 QCSE的电场吸收型电光调制器 124

7.1 光开关和光开关光路的展望 131

第7章 超高速光开关 131

7.2 定向耦合器和定向耦合器型波导光开关 134

7.2.1 定向耦合器及其原理 134

7.2.2 定向耦合器型波导光开关的原理 137

7.2.3 定向耦合器型波导光开关及其应用 140

7.3 对称马赫－曾德尔型全光开关 143

7.4 TOAD 145

7.5 以光开关为应用目的的超高速非线性光学现象的研究现状 148

7.5.1 三次非线性光学材料的性能指数与转换速度 148

7.5.2 自旋极化激发的载流子的超高速张弛及其在光－光转换中的应用 150

7.5.3 利用量子阱次能级间跃迁的张弛过程高速化和增大非线性效应的可能性 151

第8章 超高速光探测器 155

8.1 超高速光电二极管 155

8.2 超高速雪崩光电二极管 158

8.3 飞秒级快扫描摄影机 162

第9章 量子线、量子点和光子晶体 165

9.1 量子线和量子点 165

9.2 光子晶体 169

附录 克拉默斯－克勒尼希关系 175

索引 177