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低维半导体光子学

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标签: 半导体

半导体

本书为“低维材料与器件丛书”之一。全书主要介绍低维半导体光子学的物理基础,低维半导体材料制备与能带调控、瞬态光学特性、光传输与光反馈、光子调控、非线性光学性质和纳米尺度光学表征与应用,以及基于低维半导体材料或结构的发光二极管、激光器、光调制器和非线性光学器件等,  后介绍了基于低维半导体结构集成光子器件与技术。本书力求为读者全面系统地介绍低维半导体纳米材料的各种基本物理性质与光学特性,以及相关的光学器件设计与制备等。希望本书的出版能帮助读者获得必要的背景知识和了解  外相关的研究成果与技术。

目录

总序

前言

第1章  绪论  1

参考文献  5

第2章  低维半导体光子学物理基础  7

2.1  引言  7

2.2  电子能带结构  7

2.2.1  二维量子体系电子态  8

2.2.2  一维量子体系电子态  10

2.2.3  零维量子体系电子态  12

2.3  基本光学过程  13

2.3.1  吸收与发射  13

2.3.2  激子光谱  23

2.3.3  杂质和缺陷态参与的跃迁  27

2.3.4  声子参与的跃迁  29

2.4  基本光学表征技术  30

2.4.1  微区吸收光谱技术  30

2.4.2  微区荧光光谱技术  32

2.4.3  微区拉曼散射光谱技术  35

参考文献  38

第3章  低维半导体材料制备与能带调控  40

3.1  引言  40

3.2  低维半导体材料制备  41

3.2.1  量子点的制备  41

3.2.2  一维纳米线的制备  44

3.2.3  二维原子晶体的制备  53

3.3  低维半导体能带调控  62

3.3.1  量子点的能带调控  64

3.3.2  一维纳米线的能带调控  70

3.3.3  二维原子晶体的能带调控  76

参考文献  87

第4章  低维半导体瞬态光学特性  94

4.1  引言  94

4.2  瞬态光谱技术  94

4.2.1  微区时间分辨荧光光谱技术  95

4.2.2  微区泵浦-探测技术  100

4.2.3  扫描隧道显微与时间分辨技术  106

4.3  量子点的瞬态光学特性  108

4.4  一维纳米线的瞬态光学特性  113

4.5  二维材料的瞬态光学特性  129

参考文献  135

第5章  低维光传输与光反馈  141

5.1  低维光限域  141

5.1.1  二维光波导  141

5.1.2  一维光波导  143

5.1.3  零维微腔  144

5.1.4  其他光限域  145

5.2  低维介质与半导体光波导  146

5.2.1  二维光波导中的传播模式  146

5.2.2  低维波导中光的吸收与损耗  151

5.2.3  一维纳米线波导的尺寸效应  155

5.2.4  一维纳米线波导的自吸收效应  157

5.2.5  二维半导体等离激元光波导  161

5.3  低维结构中的光耦合与反馈  163

5.3.1  微腔光子态密度  163

5.3.2  微腔的品质因子和模式体积  166

5.3.3  费米黄金法则  169

5.3.4  自发辐射、受激辐射和受激吸收  171

5.3.5  低维结构光与物质相互作用  175

参考文献  191

第6章  微纳发光二极管  197

6.1  零维量子点发光二极管  198

6.2  一维纳米线发光二极管  206

6.2.1  基于ZnO纳米线的p-n结电致发光器件  206

6.2.2  基于Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族纳米线的p-n结电致发光器件  212

6.3  二维半导体发光二极管  214

6.3.1  Schottky型发光二极管  215

6.3.2  p-n结发光二极管  218

6.3.3  量子阱发光二极管  219

参考文献  222

第7章  微纳激光  228

7.1  零维纳米颗粒激光器  230

7.2  一维纳米线激光器  232

7.3  二维半导体激光器  238

7.4  纳米激光器的工作特性  242

7.4.1  纳米激光器中的Purcell效应  243

7.4.2  纳米激光器的调制速度  244

7.4.3  纳米激光器的动力学过程  245

7.4.4  纳米激光器的其他特性  247

7.5  纳米激光器的应用  257

7.5.1  纳米激光器用于集成光学互联  257

7.5.2  纳米激光器用于传感  260

7.5.3  纳米激光器用于生物领域  261

7.5.4  纳米激光器用于远场应用  262

7.6  前景和挑战  265

参考文献  265

第8章  低维半导体光子调控  274

8.1  电光调控  274

8.1.1  电折射率调控  274

8.1.2  电吸收调控  279

8.2  磁光调控  291

8.2.1  磁光调制器的调制机理  291

8.2.2  低维半导体磁光调制器  294

8.2.3  时间分辨磁光调控  300

8.3  全光及其他调控方式  304

参考文献  308

第9章  低维半导体非线性光学性质及器件  311

9.1  饱和吸收效应  311

9.1.1  量子点中的饱和吸收效应  312

9.1.2  一维纳米线中的饱和吸收效应  318

9.1.3  二维材料中的饱和吸收效应  320

9.2  倍频效应及器件  325

9.2.1  量子点中的二次谐波效应及其成像  327

9.2.2  一维纳米线中的二次谐波效应与调制  329

9.2.3  二维材料中的二次谐波效应  333

9.2.4  钙钛矿中的二次谐波效应  341

参考文献  342

0章  纳米尺度光学表征与应用  346

10.1  超衍射极限光学显微方法简介  347

10.1.1  受激辐射损耗显微术  347

10.1.2  单分子光学显微术  348

10.1.3  孔径型近场光学显微方法  349

10.1.4  针尖增强(无孔型)近场光学显微方法  351

10.2  超分辨光学、光谱成像  352

10.2.1  量子点  352

10.2.2  一维纳米线  355

10.2.3  二维过渡金属硫族化合物  359

10.3  单光子出射光学特性  362

10.3.1  量子点中的单光子出射特性  363

10.3.2  一维材料中的单光子光源  364

10.3.3  二维材料中的单光子出射特性  364

10.4  低维半导体在高分辨成像中的应用  366

参考文献  370

1章  基于低维半导体结构集成光子器件与技术  372

11.1  引言  372

11.2  纳米光子集成光源  373

11.2.1  光子晶体微腔集成产生的光-物质相互作用增强  373

11.2.2  光泵浦微腔集成纳米激光器  374

11.2.3  电泵浦微腔集成光源  375

11.3  纳米光子集成光探测器  376

11.3.1  微腔集成光探测器  376

11.3.2  光波导集成光探测器  377

11.4  集成光子非线性器件  378

11.5  范德瓦耳斯纳米集成光子器件  380

11.6  前景与挑战  381

参考文献  382

关键词索引  386

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