納米光子學(xué)及器件

序
前言
第1章 量子點(diǎn)概述
1.1 量子阱、量子線和量子點(diǎn)
1.2 量子效應(yīng)
1.2.1 量子尺寸效應(yīng)
1.2.2 表面效應(yīng)
1.2.3 宏觀量子隧道效應(yīng)
1.2.4 庫(kù)侖阻塞效應(yīng)
1.3 量子點(diǎn)的類型和結(jié)構(gòu)
1.3.1 量子點(diǎn)的類型
1.3.2 量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)
1.4 量子點(diǎn)的應(yīng)用和研究
1.4.1 量子點(diǎn)光電子器件
1.4.2 量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池
1.4.3 量子點(diǎn)在生命科學(xué)中的應(yīng)用
1.4.4 量子點(diǎn)研究展望
參考文獻(xiàn)
第2章 納米光子學(xué)基礎(chǔ)
2.1 光子和電子
2.2 激子
2.3 傳播和約束
2.3.1 自由空間中的傳播
2.3.2 光子和電子的約束
2.4 隧道效應(yīng)
2.5 周期勢(shì)場(chǎng)下的約束:帶隙
2.6 協(xié)同效應(yīng)
2.6.1 光子和電子的協(xié)同效應(yīng)
2.6.2 協(xié)同輻射
2.6.3 納米級(jí)能量轉(zhuǎn)移
2.7 納米級(jí)光學(xué)相互作用
2.7.1 棱鏡全內(nèi)反射
2.7.2 表面等離子體共振
2.7.3 波導(dǎo)耦合
參考文獻(xiàn)
第3章 量子點(diǎn)的能級(jí)結(jié)構(gòu)
3.1 量子電子態(tài)
3.1.1 勢(shì)阱中的粒子
3.1.2 球?qū)ΨQ勢(shì)阱中的粒子
3.1.3 庫(kù)侖勢(shì)中的電子
3.1.4 周期勢(shì)中的粒子
3.1.5 晶體中的電子
3.1.6 準(zhǔn)粒子電子、空穴和激子
3.2 有效質(zhì)量近似
3.2.1 弱約束情形
3.2.2 強(qiáng)約束情形
3.2.3 中等約束情形
3.3 表面極化效應(yīng)
3.4 緊束縛近似
3.5 經(jīng)驗(yàn)贗勢(shì)法
參考文獻(xiàn)
第4章 量子點(diǎn)的制備和表征
4.1 量子點(diǎn)制備
4.1.1 分子束外延生長(zhǎng)
4.1.2 金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積
4.1.3 脈沖激光沉積
4.1.4 納米化學(xué)法
4.1.5 高溫熔融法
4.2 實(shí)驗(yàn)室量子點(diǎn)光纖制備
4.2.1 光纖本底材料的選擇
4.2.2 量子點(diǎn)膠體的制備
4.2.3 空芯光纖灌裝方法探索
4.2.4 量子點(diǎn)玻璃光纖(空氣包層)的制備
4.3 量子點(diǎn)的表征
4.3.1 X射線
4.3.2 電子顯微鏡
4.3.3 掃描探針顯微鏡
4.3.4 激光粒度儀
4.3.5 吸收—發(fā)射光譜
4.4 熔融法制備PbSe量子點(diǎn)玻璃
4.4.1 實(shí)驗(yàn)制備
4.4.2 結(jié)果與分析
4.4.3 結(jié)論
4.5 CdSe/PMMA量子點(diǎn)光纖材料的制備
4.5.1 概述
4.5.2 制備
4.5.3 結(jié)果與分析
4.5.4 結(jié)論
4.6 本體聚合法制備PbSe/PMMA量子點(diǎn)光纖材料
4.6.1 概述
4.6.2 制備
4.6.3 結(jié)果與分析
4.6.4 結(jié)論
4.7 脈沖激光沉積法制備鍺納米薄膜
4.7.1 實(shí)驗(yàn)
4.7.2 結(jié)果與分析
4.7.3 結(jié)論
4.8 基于SiO2光纖的單分散CdS量子點(diǎn)的制備
4.8.1 制備
4.8.2 結(jié)果與分析
4.8.3 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
第5章 量子點(diǎn)光譜
5.1 量子點(diǎn)的發(fā)光
5.1.1 發(fā)光模式
5.1.2 俄歇復(fù)合
5.1.3 量子點(diǎn)光譜的頻移
5.2 躍遷譜線線形
5.2.1 均勻展寬
5.2.2 非均勻展寬
5.2.3 綜合展寬
5.3 量子點(diǎn)的吸收、輻射和散射特性
5.3.1 吸收
5.3.2 輻射
5.3.3 散射
5.4 躍遷截面
5.4.1 截面的概念
5.4.2 愛(ài)因斯坦系數(shù)和Ladenburg-Fuchtbauer關(guān)系
5.4.3 輻射截面的Mc Cumber理論
5.4.4 截面的確定
5.4.5 能級(jí)壽命
5.5 量子點(diǎn)摻雜對(duì)本底折射率的影響
5.5.1 本底溶劑的折射率
5.5.2 量子點(diǎn)膠體的折射率
5.5.3 量子點(diǎn)對(duì)本底折射率的影響
5.6 PbSe、PbS和CdSe、CdS量子點(diǎn)的比較
參考文獻(xiàn)
第6章 量子點(diǎn)的熱穩(wěn)定性
6.1 表面能
6.2 納米粒子的熱學(xué)性質(zhì)
6.2.1 納米粒子的熱導(dǎo)
6.2.2 納米粒子的熔融
6.3 CdSe/ZnS量子點(diǎn)的熱穩(wěn)定性研究
6.3.1 實(shí)驗(yàn)和結(jié)果
6.3.2 實(shí)驗(yàn)和理論的比較與討論
6.3.3 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章 光纖中的光傳輸
7.1 均勻介質(zhì)中的光傳輸
7.2 三能級(jí)系統(tǒng)
7.2.1 三能級(jí)模型
7.2.2 三能級(jí)速率方程
7.2.3 小信號(hào)增益
7.2.4 增益飽和
7.2.5 最佳光纖長(zhǎng)度
7.3 重疊因子
7.4 二能級(jí)模型
7.4.1 二能級(jí)近似
7.4.2 二能級(jí)速率方程
7.5 放大的自發(fā)輻射
7.5.1 噪聲功率和噪聲帶寬
7.5.2 噪聲系數(shù)
7.5.3 噪聲功率方程
7.6 二能級(jí)系統(tǒng)的解析法
7.7 包含放大自發(fā)輻射的建模
7.7.1 速率方程
7.7.2 平均反轉(zhuǎn)和均勻展寬
7.7.3 非均勻展寬情形
7.8 徑向效應(yīng)
7.8.1 速率方程
7.8.2 徑向分布函數(shù)
7.8.3 計(jì)算實(shí)例
參考文獻(xiàn)
第8章 量子點(diǎn)光纖和光纖放大器
8.1 低濃度摻雜CdSe/ZnS量子點(diǎn)光纖的傳光特性
8.1.1 概述
8.1.2 實(shí)驗(yàn)制備和測(cè)量
8.1.3 熒光發(fā)射峰值波長(zhǎng)和峰值強(qiáng)度隨摻雜光纖長(zhǎng)度的變化
8.1.4 熒光發(fā)射峰值波長(zhǎng)和峰值強(qiáng)度隨摻雜濃度的變化
8.1.5 結(jié)論
8.2 較高摻雜濃度CdSe/ZnS量子點(diǎn)光纖的傳光特性
8.2.1 概述
8.2.2 實(shí)驗(yàn)
8.2.3 不同摻雜濃度下的PL光譜
8.2.4 PL峰值強(qiáng)度增益與摻雜光纖長(zhǎng)度的關(guān)系
8.2.5 PL峰值強(qiáng)度增益與摻雜濃度的關(guān)系
8.2.6 PL光譜中的其他譜峰及紅移現(xiàn)象
8.2.7 結(jié)論
8.3 UV膠纖芯本底的CdSe/ZnS量子點(diǎn)光纖的傳光特性
8.3.1 實(shí)驗(yàn)
8.3.2 UV膠中的CdSe/ZnS量子點(diǎn)的吸收譜和發(fā)射譜
8.3.3 摻雜光纖對(duì)泵浦光的吸收
8.3.4 PL峰值強(qiáng)度與摻雜光纖長(zhǎng)度和濃度關(guān)系
8.3.5 PL峰值波長(zhǎng)與摻雜光纖濃度和長(zhǎng)度關(guān)系
8.3.6 結(jié)論
8.4 量子點(diǎn)光纖熒光光譜的紅移
8.4.1 纖芯基底為甲苯時(shí)的PL峰值波長(zhǎng)的紅移
8.4.2 不同纖芯本底的PL峰值波長(zhǎng)的紅移
8.4.3 結(jié)論
8.5 單摻雜PbSe量子點(diǎn)光纖放大器
8.5.1 基本工作原理
8.5.2 速率方程
8.5.3 結(jié)果和討論
8.5.4 結(jié)論和展望
8.6 多粒度摻雜PbSe量子點(diǎn)光纖放大器
8.6.1 引言
8.6.2 能級(jí)和疊加譜
8.6.3 結(jié)果和討論
8.6.4 結(jié)論
8.7 理想的量子點(diǎn)光纖放大器
8.8 結(jié)語(yǔ)
參考文獻(xiàn)
第9章 量子點(diǎn)光纖激光器
9.1 概述
9.2 幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題
9.2.1 量子點(diǎn)種類的選擇
9.2.2 量子點(diǎn)的光學(xué)增益和受激輻射閾值
9.2.3 泵浦光激勵(lì)閾值
9.2.4 光纖增益和損耗
9.2.5 激射的穩(wěn)定性
9.2.6 諧振腔
9.3 CdSe/ZnS量子點(diǎn)非飽和單模光纖激光的數(shù)值建模
9.3.1 原理和模型
9.3.2 數(shù)值計(jì)算及結(jié)果
9.3.3 結(jié)論
9.4 基于鈉鋁硼硅酸鹽玻璃的PbSe量子點(diǎn)紅外單模光纖激光
9.4.1 PbSe量子點(diǎn)的吸收譜和輻射譜
9.4.2 散射截面和吸收截面
9.4.3 PbSe量子點(diǎn)光纖激光器參量的確定
9.4.4 結(jié)論
9.5 PbSe量子點(diǎn)光纖激光器的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)
9.5.1 激光器的構(gòu)成
9.5.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
9.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
9.5.4 結(jié)論
9.6 結(jié)語(yǔ)與展望
參考文獻(xiàn)
第10章 量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介
10.1 太陽(yáng)能電池的基本工作原理
10.2 PIN結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池
10.2.1 基本結(jié)構(gòu)
10.2.2 硅基串聯(lián)電池
10.3 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池
10.3.1 類型和比較
10.3.2 結(jié)構(gòu)和組成
10.3.3 工作原理
10.3.4 現(xiàn)狀和發(fā)展
10.4 量子點(diǎn)多激子產(chǎn)生效應(yīng)
10.4.1 光子的吸收和產(chǎn)生過(guò)程
10.4.2 PbSe、PbS和PbTe量子點(diǎn)中的MEG
10.4.3 CdSe、Si量子點(diǎn)中的MEG
10.4.4 MEG效應(yīng)提高光伏效率
10.4.5 設(shè)計(jì)MEG量子點(diǎn)
10.5 量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題
10.6 展望
參考文獻(xiàn)
附錄 本書(shū)主要物理量符號(hào)對(duì)照表
希臘字母符號(hào)