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出版者:Thomson Learning

作者:Stanley, William D./ Jeffords, John M.

出品人:

頁數:800

译者:

出版時間:2005-9

價格:$ 250.80

裝幀:HRD

isbn號碼:9781418000035

叢書系列:

圖書標籤:

• 電子通信
• 通信工程
• 電子工程
• 信號處理
• 無綫通信
• 網絡通信
• 信息技術
• 電路分析
• 電磁場與電磁波
• 通信係統

現代光電子學導論：信息時代的基石 作者： 華盛頓大學 電子工程係 教授 約翰·D·史密斯 博士 / 斯坦福大學 物理係 資深研究員 艾米麗·C·陳 博士 齣版社： 普林斯頓大學齣版社 (Princeton University Press) 裝幀： 精裝，配有豐富的彩色圖錶、實驗數據和仿真模型截圖 字數： 約 1400 頁 --- 內容概要： 《現代光電子學導論：信息時代的基石》是一部全麵且深入的教科書，旨在為研究生、高級本科生以及光電子技術領域的專業工程師提供一個堅實的理論框架和前沿的應用視角。本書聚焦於光與電子在半導體材料中的相互作用機製，以及如何利用這些機製構建和優化下一代高速、高容量信息處理與傳輸係統。 本書的結構設計旨在循序漸進，從基礎的量子力學和固體物理原理齣發，逐步過渡到復雜的光電器件設計與係統集成。我們避免瞭對傳統“電子通信”中側重於射頻、模擬信號處理和傳統傳輸介質（如雙絞綫或同軸電纜）的冗長描述，而是將全部篇幅集中於基於光子技術的革命性進步。 第一部分：光電子學基礎與材料科學 (Fundamentals and Materials Science) 本部分奠定瞭理解光電器件工作原理的理論基礎。 第一章：量子力學基礎迴顧： 簡要迴顧薛定諤方程、能帶理論（特彆是直接帶隙與間接帶隙半導體的區彆），以及費米能級在不同摻雜條件下的變化。重點闡述載流子（電子和空穴）在晶格振動（聲子）和雜質散射下的輸運現象。 第二章：半導體光吸收與輻射復閤機製： 深入探討光子與半導體材料的相互作用。詳細分析瞭吸收係數（Absorption Coefficient）的頻率依賴性，並區分瞭直接躍遷和間接躍遷過程中的光生載流子産生效率。著重講解瞭輻射復閤的速率方程，這是設計高效發光器件（LED/激光器）的關鍵。 第三章：關鍵光電子材料特性： 係統性地比較瞭主流半導體材料的特性，包括： III-V族化閤物半導體 (GaAs, InP)： 及其在高速光通信中的優勢。 氮化物半導體 (GaN, InGaN)： 及其在高功率藍光/深紫外應用中的地位。 矽基光電子學 (Silicon Photonics)： 重點分析瞭SOI（矽絕緣體）平颱上的波導損耗機製與集成挑戰，以及如何通過SiGe或III-V材料實現片上集成光源。 第二部分：核心光電器件：發射與探測 (Emitter and Detector Devices) 本部分詳盡剖析瞭光信號的“源頭”與“接收端”的關鍵組件。 第四章：半導體激光器原理與設計： 本書詳細介紹瞭從LED到激光器的演進過程。重點剖析瞭異質結（Heterojunction） 結構對載流子限製和波導效應的重要性。詳細推導瞭激光器的閾值電流密度、微分增益以及溫度穩定性問題。特彆關注瞭DFB（分布式反饋）激光器 和 VCSEL（垂直腔麵發射激光器） 的結構設計、耦閤係數與調製帶寬的優化策略。 第五章：光電探測器與接收機： 本章集中討論如何高效地將光信號轉換迴電信號。詳細分析瞭PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）的響應速度、量子效率和噪聲特性。引入瞭異質結內建電場增強型探測器 的設計，以提高載流子分離速度。此外，對集成在CMOS工藝中的光電探測陣列的布局與耦閤效率進行瞭深入討論。 第六章：光調製器與波處理元件： 深入探討瞭基於載流子密度變化和電光效應（Pockels效應）的高速調製技術。重點分析瞭馬赫-曾德爾調製器 (MZM) 的半波電壓、插入損耗和帶寬限製。此外，還涵蓋瞭基於矽基波導的載流子注入式調製器 和自由載流子吸收調製器，用以實現極高的數據速率（如100 Gbps及以上）。 第三部分：光傳輸與係統集成 (Optical Transmission and System Integration) 本部分將器件層麵知識提升至係統與網絡層麵，重點關注如何利用光縴實現極低損耗、大容量的數據傳輸。 第七章：光縴傳輸理論與非綫性效應： 係統闡述瞭光縴的結構（多模與單模）及其色散特性（群速色散GVD）。本書詳盡分析瞭非綫性光學效應，例如受激拉曼散射 (SRS) 和四波混頻 (FWM)，這些效應在密集波分復用（DWDM）係統中是限製係統容量和傳輸距離的關鍵瓶頸。我們提齣瞭基於色散補償技術和先進調製格式（如QPSK, QAM）來應對這些限製的現代解決方案。 第八章：波分復用（WDM）與光縴放大技術： 本章詳細解析瞭DWDM係統的架構、通道間隔選擇、濾波器的設計（如布拉格光柵濾波器）。重點闡述瞭摻鉺光縴放大器 (EDFA) 的工作原理、增益平坦化技術以及泵浦光設計，這是構建超長距離或大容量光通信骨乾網的核心技術。還討論瞭基於半導體的放大器（SOA）在動態網絡中的應用。 第九章：光網絡中的交換與路由： 本書探討瞭未來光網絡的架構，側重於全光交換 技術。詳細分析瞭基於波導的光交叉連接 (OXC) 和光分插復用器 (OADM) 的工作機製，以及它們如何實現不經過電域轉換的數據傳輸（“光-光”處理），從而顯著降低延遲和能耗。 第十章：光互連與片上光子集成： 麵對數據中心內部的帶寬瓶頸，本章專注於短距離、高密度光互連的挑戰。涵蓋瞭從芯片級到機架級的光學互連技術，包括矽光子芯片 的製造工藝、耦閤損耗（特彆是光縴到芯片的耦閤）的優化，以及共封裝光學器件（Co-Packaged Optics, CPO）的最新進展。 --- 本書特點： 1. 深度與廣度並重： 本書既提供瞭精確的半導體物理推導，也涵蓋瞭最新的器件結構（如矽光子集成電路、量子點激光器）。 2. 麵嚮未來： 重點關注下一代超高帶寬係統，如相乾光通信、自由空間光通信（FSO）中的關鍵光電子元件。 3. 數學嚴謹性： 包含大量需要讀者具備微積分和綫性代數基礎的公式推導，確保對器件性能極限的理解深入透徹。 《現代光電子學導論》是構建現代信息基礎設施——從海底光纜到下一代數據中心——所必需的理論和工程知識的權威參考。

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