光電信息物理基礎(chǔ)

前言

　　過去很長時間，光學(xué)和電子學(xué)都曾作為物理學(xué)的一個分支，隨著物理學(xué)的發(fā)展而不斷完善。如今，光學(xué)工程和電子科學(xué)與技術(shù)都已成為獨立的學(xué)科，但它們與物理學(xué)間的深刻聯(lián)系不可分割。對于光學(xué)類、電子類專業(yè)的學(xué)生來說，沒有扎實的基礎(chǔ)物理知識，要想在專業(yè)領(lǐng)域有一番作為是很困難的?！　‰姶爬碚摵土孔永碚撌俏锢韺W(xué)的核心內(nèi)容，也是光學(xué)和電子學(xué)的重要理論基礎(chǔ)，而集成電路、光通信、光電信息等許多應(yīng)用領(lǐng)域的飛速發(fā)展離不開以晶體和半導(dǎo)體激光器為代表的固體器件，所以學(xué)習(xí)電磁理論和量子理論，以及固體物理與半導(dǎo)體物理知識，對于光學(xué)類、電子類專業(yè)學(xué)生來說是十分重要的。然而，電磁理論、量子理論、固體物理和半導(dǎo)體物理等內(nèi)容很多，目前多數(shù)高校分幾門課程開設(shè)，所需學(xué)時很多。我們課程內(nèi)容改革的思路是，突出理論主線，在知識敘述保持連貫的前提下，盡量簡化內(nèi)容。教材編寫力求內(nèi)容精簡、重點突出、概念清晰、通俗易懂。本書共分三篇9章。第一篇為電磁理論，第1章介紹矢量分析及場論，包括場、梯度、散度、旋度、正交曲線坐標(biāo)系、8函數(shù)；第2章介紹電磁現(xiàn)象的描述及基本方程，包括靜電場、穩(wěn)恒磁場、時變電磁場、麥克斯韋方程組、電磁場的邊值關(guān)系、電磁場的能量和能流；第3章介紹電磁場的波動性，包括電磁場的波動方程、單色電磁波、非單色波與介質(zhì)色散、電磁場的動量、電磁波的輻射；第4章介紹平面電磁波的傳播，包括絕緣介質(zhì)與導(dǎo)電介質(zhì)中的單色平面波及反射和折射問題、全反射及消逝波與導(dǎo)引波等。

內(nèi)容概要

　　《光電信息物理基礎(chǔ)》主要有三部分內(nèi)容。一是電磁理論：包括矢量分析、電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律及基本方程、電磁場的波動性、電磁波的輻射、平面電磁波在絕緣介質(zhì)和導(dǎo)電介質(zhì)中的傳播，以及電磁波的反射折射問題等；二是量子理論：包括熱輻射、光量子、波粒二象性、氫原子光譜及玻爾理論、波函數(shù)與薛定諤方程、力學(xué)量與算符、微擾理論、光的吸收和發(fā)射等；三是固體光電基礎(chǔ)：包括晶體結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)合、晶格振動、能帶論基礎(chǔ)及固體的導(dǎo)電性、本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子及其運動、PN結(jié)、半導(dǎo)體中的光學(xué)與光電現(xiàn)象等。　　《光電信息物理基礎(chǔ)》可作為高等學(xué)校光電信息工程、光信息科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)、電子信息科學(xué)與技術(shù)等光學(xué)類、電子類本科專業(yè)的教材，也可供有關(guān)專業(yè)的本科生、研究生和從事光電技術(shù)、電子技術(shù)的科技人員參考。

書籍目錄

第一篇 電磁理論第1章 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1.1 矢量代數(shù)和矢量函數(shù)1.2 場、梯度、散度和旋度1.3 矢量微分算子1.4 正交曲線坐標(biāo)系1.5 函數(shù)習(xí)題第2章 電磁場的基本規(guī)律2.1 靜電場2.2 恒定電場2.3 穩(wěn)恒磁場2.4 時變電磁場2.5 電磁場的能量和能流習(xí)題2第3章 電磁場的波動性3.1 電磁場的波動方程3.2 單色電磁波3.3 相速度與群速度3.4 介質(zhì)色散3.5 電磁場的動量3.6 電磁波的輻射習(xí)題3第4章 平面電磁波傳播4.1 絕緣介質(zhì)中的單色平面波4.2 導(dǎo)電介質(zhì)中的單色平面波4.3 電磁波在兩種絕緣介質(zhì)分界面上的反射和折射4.4 全反射消逝波和導(dǎo)引波4.5 電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)表面上的反射和折射習(xí)題4第二篇 量子理論第5章 量子理論的實驗基礎(chǔ)5.1 黑體輻射與普朗克量子假說5.2 光電效應(yīng)與光量子假說5.3 氫原子光譜與玻爾量子化條件5.4 德布羅意物質(zhì)波、不確定關(guān)系習(xí)題5第6章 量子力學(xué)初步6.1 薛定諤方程與波函數(shù)6.2 力學(xué)量與算符6.3 定態(tài)薛定諤方程6.4 軌道角動量和氫原子的量子力學(xué)描述6.5 定態(tài)微擾理論6.6 光的吸收和發(fā)射6.7 電子自旋習(xí)題6第三篇 固體光電基礎(chǔ)第7章 固體物理基礎(chǔ)7.1 晶體的特征與晶體結(jié)構(gòu)的周期性7.2 晶列與晶面、倒格子7.3 晶體結(jié)構(gòu)的對稱性、晶系7.4 晶體的結(jié)合7.5 晶格振動和聲子7.6 自由電子理論7.7 能帶模型7.8 晶體的導(dǎo)電性習(xí)題7第8章 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)8.1 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體8.2 半導(dǎo)體中的載流子濃度8.3 載流子的漂移運動8.4 非平衡載流子及其運動8.5 PN結(jié)習(xí)題8第9章 固體的光學(xué)性質(zhì)和光電現(xiàn)象9.1 固體的光學(xué)常數(shù)9.2 光學(xué)常數(shù)的測量9.3 半導(dǎo)體的光吸收9.4 半導(dǎo)體的光電導(dǎo)9.5 半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)9.6 半導(dǎo)體發(fā)光習(xí)題9參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第二篇　量子理論　　第5章　量子理論的實驗基礎(chǔ)　　量子理論的建立是20世紀(jì)物理學(xué)的最偉大的成就之一。20世紀(jì)初，實驗物理學(xué)的發(fā)展使得人們的認(rèn)識開始進(jìn)入到微觀領(lǐng)域。新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象不能夠從以牛頓方程和麥克斯韋方程等為基礎(chǔ)的經(jīng)典物理學(xué)中獲得解釋。物理學(xué)家們對此開始了新的物理學(xué)原理的探索，并認(rèn)識到量子化是微觀物理世界的基本原理，在量子化思想方法下，當(dāng)時一些重要的物理實驗所遭遇的經(jīng)典理論上的困惑成功地得以化解。從歷史上那些重要的實驗中產(chǎn)生的樸素的量子化思想方法逐步發(fā)展成為現(xiàn)代物理學(xué)的一個重要的完整的理論體系——量子力學(xué)?；仡櫄v史上那些著名的物理實驗，了解量子理論的由來，對學(xué)習(xí)、認(rèn)識和理解量子力學(xué)的基本原理，是很重要的?！　?.1　黑體輻射與普朗克量子假說　　1.黑體輻射　　在熱力學(xué)溫度0K以上的任何物體都會發(fā)射出熱輻射（即一定波長范圍內(nèi)的電磁波），也能吸收和反射外來的輻射。如果一個物體能夠全部吸收外來的輻射而毫無反射，則此物體稱為絕對黑體，簡稱黑體。黑體發(fā)射出來的熱輻射稱為黑體輻射。黑體是一種理想化的模型，實際中并不存在。如圖5.1-1所示的帶有一個小孔的空腔，是一個接近理想黑體的裝置。光通過小孔從外部進(jìn)入空腔，在內(nèi)壁上多次反射與吸收，幾乎完全被吸收，從小孔逃逸的光微乎其微。如果讓空腔處于高溫下，則其內(nèi)部充滿由內(nèi)壁材料輻射的電磁波，在溫度一定的條件下，一定會達(dá)到平衡，即單位時間內(nèi)內(nèi)壁輻射的頻率為V的電磁波能量與吸收的相同頻率的電磁波能量相等。

圖書封面

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