納米光子學及器件

序
前言
第1章 量子點概述
1.1 量子阱、量子線和量子點
1.2 量子效應
1.2.1 量子尺寸效應
1.2.2 表面效應
1.2.3 宏觀量子隧道效應
1.2.4 庫侖阻塞效應
1.3 量子點的類型和結(jié)構(gòu)
1.3.1 量子點的類型
1.3.2 量子點的結(jié)構(gòu)
1.4 量子點的應用和研究
1.4.1 量子點光電子器件
1.4.2 量子點太陽能電池
1.4.3 量子點在生命科學中的應用
1.4.4 量子點研究展望
參考文獻
第2章 納米光子學基礎
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
2.5 周期勢場下的約束:帶隙
2.6 協(xié)同效應
2.6.1 光子和電子的協(xié)同效應
2.6.2 協(xié)同輻射
2.6.3 納米級能量轉(zhuǎn)移
2.7 納米級光學相互作用
2.7.1 棱鏡全內(nèi)反射
2.7.2 表面等離子體共振
2.7.3 波導耦合
參考文獻
第3章 量子點的能級結(jié)構(gòu)
3.1 量子電子態(tài)
3.1.1 勢阱中的粒子
3.1.2 球?qū)ΨQ勢阱中的粒子
3.1.3 庫侖勢中的電子
3.1.4 周期勢中的粒子
3.1.5 晶體中的電子
3.1.6 準粒子電子、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 強約束情形
3.2.3 中等約束情形
3.3 表面極化效應
3.4 緊束縛近似
3.5 經(jīng)驗贗勢法
參考文獻
第4章 量子點的制備和表征
4.1 量子點制備
4.1.1 分子束外延生長
4.1.2 金屬有機化學氣相沉積
4.1.3 脈沖激光沉積
4.1.4 納米化學法
4.1.5 高溫熔融法
4.2 實驗室量子點光纖制備
4.2.1 光纖本底材料的選擇
4.2.2 量子點膠體的制備
4.2.3 空芯光纖灌裝方法探索
4.2.4 量子點玻璃光纖(空氣包層)的制備
4.3 量子點的表征
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量子點玻璃
4.4.1 實驗制備
4.4.2 結(jié)果與分析
4.4.3 結(jié)論
4.5 CdSe/PMMA量子點光纖材料的制備
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 實驗
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
第5章 量子點光譜
5.1 量子點的發(fā)光
5.1.1 發(fā)光模式
5.1.2 俄歇復合
5.1.3 量子點光譜的頻移
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 愛因斯坦系數(shù)和Ladenburg-Fuchtbauer關系
5.4.3 輻射截面的Mc Cumber理論
5.4.4 截面的確定
5.4.5 能級壽命
5.5 量子點摻雜對本底折射率的影響
5.5.1 本底溶劑的折射率
5.5.2 量子點膠體的折射率
5.5.3 量子點對本底折射率的影響
5.6 PbSe、PbS和CdSe、CdS量子點的比較
參考文獻
第6章 量子點的熱穩(wěn)定性
6.1 表面能
6.2 納米粒子的熱學性質(zhì)
6.2.1 納米粒子的熱導
6.2.2 納米粒子的熔融
6.3 CdSe/ZnS量子點的熱穩(wěn)定性研究
6.3.1 實驗和結(jié)果
6.3.2 實驗和理論的比較與討論
6.3.3 小結(jié)
參考文獻
第7章 光纖中的光傳輸
7.1 均勻介質(zhì)中的光傳輸
7.2 三能級系統(tǒng)
7.2.1 三能級模型
7.2.2 三能級速率方程
7.2.3 小信號增益
7.2.4 增益飽和
7.2.5 最佳光纖長度
7.3 重疊因子
7.4 二能級模型
7.4.1 二能級近似
7.4.2 二能級速率方程
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
7.8.1 速率方程
7.8.2 徑向分布函數(shù)
7.8.3 計算實例
參考文獻
第8章 量子點光纖和光纖放大器
8.1 低濃度摻雜CdSe/ZnS量子點光纖的傳光特性
8.1.1 概述
8.1.2 實驗制備和測量
8.1.3 熒光發(fā)射峰值波長和峰值強度隨摻雜光纖長度的變化
8.1.4 熒光發(fā)射峰值波長和峰值強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量子點光纖的傳光特性
8.2.1 概述
8.2.2 實驗
8.2.3 不同摻雜濃度下的PL光譜
8.2.4 PL峰值強度增益與摻雜光纖長度的關系
8.2.5 PL峰值強度增益與摻雜濃度的關系
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量子點光纖的傳光特性
8.3.1 實驗
8.3.2 UV膠中的CdSe/ZnS量子點的吸收譜和發(fā)射譜
8.3.3 摻雜光纖對泵浦光的吸收
8.3.4 PL峰值強度與摻雜光纖長度和濃度關系
8.3.5 PL峰值波長與摻雜光纖濃度和長度關系
8.3.6 結(jié)論
8.4 量子點光纖熒光光譜的紅移
8.4.1 纖芯基底為甲苯時的PL峰值波長的紅移
8.4.2 不同纖芯本底的PL峰值波長的紅移
8.4.3 結(jié)論
8.5 單摻雜PbSe量子點光纖放大器
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量子點光纖放大器
8.6.1 引言
8.6.2 能級和疊加譜
8.6.3 結(jié)果和討論
8.6.4 結(jié)論
8.7 理想的量子點光纖放大器
8.8 結(jié)語
參考文獻
第9章 量子點光纖激光器
9.1 概述
9.2 幾個關鍵問題
9.2.1 量子點種類的選擇
9.2.2 量子點的光學增益和受激輻射閾值
9.2.3 泵浦光激勵閾值
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量子點紅外單模光纖激光
9.4.1 PbSe量子點的吸收譜和輻射譜
9.4.2 散射截面和吸收截面
9.4.3 PbSe量子點光纖激光器參量的確定
9.4.4 結(jié)論
9.5 PbSe量子點光纖激光器的實驗實現(xiàn)
9.5.1 激光器的構(gòu)成
9.5.2 實驗過程
9.5.3 實驗結(jié)果與分析
9.5.4 結(jié)論
9.6 結(jié)語與展望
參考文獻
第10章 量子點太陽能電池簡介
10.1 太陽能電池的基本工作原理
10.2 PIN結(jié)構(gòu)的量子點太陽能電池
10.2.1 基本結(jié)構(gòu)
10.2.2 硅基串聯(lián)電池
10.3 量子點敏化太陽能電池
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 量子點多激子產(chǎn)生效應
10.4.1 光子的吸收和產(chǎn)生過程
10.4.2 PbSe、PbS和PbTe量子點中的MEG
10.4.3 CdSe、Si量子點中的MEG
10.4.4 MEG效應提高光伏效率
10.4.5 設計MEG量子點
10.5 量子點太陽能電池的幾個關鍵問題
10.6 展望
參考文獻
附錄 本書主要物理量符號對照表
希臘字母符號