光子學是與電子學平行的科學。半導體光子學是以半導體為介質(zhì)的光子學,專門研究半導體中光子的行為和性能,著重研究光的產(chǎn)生、傳輸、控制和探測等特性,進一步設計半導體光子器件的結(jié)構(gòu),分析光學性能及探索半導體光子系統(tǒng)的應用。《半導體光子學》分為13章,包括光子材料、異質(zhì)結(jié)構(gòu)和能帶、輻射復合發(fā)光和光吸收、光波傳輸模式;超晶格和量子阱、發(fā)光管、激光器、探測器、光波導器件和太陽能電池等光子器件的工作原理;器件結(jié)構(gòu)和特性以及光子晶體、光子集成等方面。作者在中國科學院大學(原研究生院)兼職教學18年,《半導體光子學》以該課程的講義為基礎(chǔ)歷時3年寫成,力求對半導體光子學的基本概念、光子器件的物理內(nèi)涵和前沿研究的發(fā)展趨勢作深入的描述和討論,盡可能地提供明晰的物理圖像和翔實的數(shù)據(jù)與圖表。
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《半導體光子學/中國科學院大學研究生教材系列》:
第1章 引言
1.1 信息時代的前沿學科——光子學
在科學史上,20世紀是值得大書特書的歷史時期,是人類文明史中的輝煌時代。簡單地劃分一下,20世紀的前五十年中,物理學研究獲得特別重大的突破,以愛因斯坦相對論為代表的理論研究和以居里夫婦的放射性探索為代表的科學實驗為人類開辟了新的紀元。20世紀的后五十年中,應用科學的研究和開發(fā)獲得特別重大的突破,晶體管、集成電路和激光器的發(fā)明大大加速了信息的傳輸速度和各種控制的精確度,徹底地改變了人類社會的工作模式和生活方式,人類從此進入了一個高速發(fā)展的時期。
圖1-1是20世紀的著名物理學家們聚會時的一張合影,這是一張非常珍貴的照片。照片中留下了愛因斯坦、居里夫人、普朗克、洛倫茲、朗之萬、居伊、威爾遜、德拜、布拉格、狄拉克、康普頓、德布羅意、玻恩、玻爾、薛定諤、泡利、布里淵等人的身影。凡是學過物理學的人都熟悉他們的名字,學習過以他們的名字命名的定理、定律或物理量單位。這從一個側(cè)面說明,在他們所處的年代,物理學在基礎(chǔ)理論方面獲得了特別重大的進展,真正是群星燦爛、熠熠生輝。
麥克斯韋、玻爾茲曼、愛因斯坦、布拉格、狄拉克、康普頓、德布羅意、玻爾、薛定諤、泡利、布里淵等科學家創(chuàng)建的電磁學、量子力學和相對論等理論,使人們對物質(zhì)世界的本質(zhì)和運動規(guī)律有了深刻的理解和認識,使得人類對物質(zhì)世界的利用和改造變得越來越快。這些基礎(chǔ)科學和應用科學的研究引發(fā)了電子技術(shù)、能源技術(shù)和自動化技術(shù)等領(lǐng)域劃時代的革命性飛躍。集成電路、激光器、計算機與光通信的發(fā)展把人類社會的物質(zhì)文明推進到前所未有的高度,為新世紀的持續(xù)發(fā)展奠定了堅實雄厚的基礎(chǔ)。作為信息與能量的載體,電子在科學技術(shù)的發(fā)展中作出了歷史性的巨大貢獻,科學家和工程師們常把20世紀稱為“電子時代”。同樣地,作為信息與能量的載體,光子必將在21世紀的科學技術(shù)的發(fā)展中作出歷史性的巨大貢獻。