光子学是与电子学平行的科学。半导体光子学是以半导体为介质的光子学,专门研究半导体中光子的行为和性能,着重研究光的产生、传输、控制和探测等特性,进一步设计半导体光子器件的结构,分析光学性能及探索半导体光子系统的应用。《半导体光子学》分为13章,包括光子材料、异质结构和能带、辐射复合发光和光吸收、光波传输模式;超晶格和量子阱、发光管、激光器、探测器、光波导器件和太阳能电池等光子器件的工作原理;器件结构和特性以及光子晶体、光子集成等方面。作者在中国科学院大学(原研究生院)兼职教学18年,《半导体光子学》以该课程的讲义为基础历时3年写成,力求对半导体光子学的基本概念、光子器件的物理内涵和前沿研究的发展趋势作深入的描述和讨论,尽可能地提供明晰的物理图像和翔实的数据与图表。
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《半导体光子学/中国科学院大学研究生教材系列》:
第1章 引言
1.1 信息时代的前沿学科——光子学
在科学史上,20世纪是值得大书特书的历史时期,是人类文明史中的辉煌时代。简单地划分一下,20世纪的前五十年中,物理学研究获得特别重大的突破,以爱因斯坦相对论为代表的理论研究和以居里夫妇的放射性探索为代表的科学实验为人类开辟了新的纪元。20世纪的后五十年中,应用科学的研究和开发获得特别重大的突破,晶体管、集成电路和激光器的发明大大加速了信息的传输速度和各种控制的精确度,彻底地改变了人类社会的工作模式和生活方式,人类从此进入了一个高速发展的时期。
图1-1是20世纪的著名物理学家们聚会时的一张合影,这是一张非常珍贵的照片。照片中留下了爱因斯坦、居里夫人、普朗克、洛伦兹、朗之万、居伊、威尔逊、德拜、布拉格、狄拉克、康普顿、德布罗意、玻恩、玻尔、薛定谔、泡利、布里渊等人的身影。凡是学过物理学的人都熟悉他们的名字,学习过以他们的名字命名的定理、定律或物理量单位。这从一个侧面说明,在他们所处的年代,物理学在基础理论方面获得了特别重大的进展,真正是群星灿烂、熠熠生辉。
麦克斯韦、玻尔兹曼、爱因斯坦、布拉格、狄拉克、康普顿、德布罗意、玻尔、薛定谔、泡利、布里渊等科学家创建的电磁学、量子力学和相对论等理论,使人们对物质世界的本质和运动规律有了深刻的理解和认识,使得人类对物质世界的利用和改造变得越来越快。这些基础科学和应用科学的研究引发了电子技术、能源技术和自动化技术等领域划时代的革命性飞跃。集成电路、激光器、计算机与光通信的发展把人类社会的物质文明推进到前所未有的高度,为新世纪的持续发展奠定了坚实雄厚的基础。作为信息与能量的载体,电子在科学技术的发展中作出了历史性的巨大贡献,科学家和工程师们常把20世纪称为“电子时代”。同样地,作为信息与能量的载体,光子必将在21世纪的科学技术的发展中作出历史性的巨大贡献。