周喻等《光電子學(xué)基礎(chǔ)》——構(gòu)筑一座融會貫通理論與實踐的堅固橋梁

光電子學(xué)作為連接半導(dǎo)體物理與信息技術(shù)的橋梁，已成為現(xiàn)代光電通信、新能源及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心驅(qū)動力。

《光電子學(xué)基礎(chǔ)》致力于系統(tǒng)構(gòu)建光電子學(xué)的核心知識框架，貫通從固體能帶理論到現(xiàn)代光電器件的完整知識鏈條。內(nèi)容不僅深入剖析布洛赫定理、載流子輸運、光電轉(zhuǎn)換等基礎(chǔ)理論，更重點圍繞發(fā)光、激光、光伏及光電探測四大領(lǐng)域，通過量子阱、異質(zhì)結(jié)、有機無機雜化鈣鈦礦等前沿器件案例，揭示其物理本質(zhì)與設(shè)計邏輯。本書編寫強調(diào)理論深度與工程視野的融合，通過生動的物理圖像、數(shù)學(xué)模型與性能參數(shù)關(guān)聯(lián)，旨在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的綜合分析能力。

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《光電子學(xué)基礎(chǔ)》購買

周 喻 鄒 慧 楊 雙 李梓維 編著

北京: 科學(xué)出版社, 2025. 8

ISBN 978-7-03-083079-1

全書以“理論基礎(chǔ)–器件原理–應(yīng)用拓展”為主線展開。第1章立足固體能帶理論，深入解析布洛赫定理、倒格子空間、載流子有效質(zhì)量等核心概念，闡明pn 結(jié)與異質(zhì)結(jié)的載流子輸運機理，為光電器件奠定微觀物理基礎(chǔ)。第2至5章聚焦四類關(guān)鍵器件：發(fā)光二極管、激光器、太陽能電池與光電探測器，通過對自發(fā)輻射/受激輻射機制、光伏效應(yīng)及光電轉(zhuǎn)換過程的系統(tǒng)闡釋，結(jié)合量子阱、鈣鈦礦疊層結(jié)構(gòu)等前沿設(shè)計案例，揭示器件性能優(yōu)化的物理本質(zhì)與工程路徑。

本書編寫秉持“經(jīng)典與創(chuàng)新融合、理論與實踐貫通”的原則。

一

深度推導(dǎo)與工程邏輯并重：從薛定諤方程、速率方程等量子力學(xué)基礎(chǔ)出發(fā)，延伸至GaAs 異質(zhì)結(jié)激光器閾值設(shè)計、鈣鈦礦電池能帶工程等工業(yè)案例，建立理論模型與工程實踐的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

二

經(jīng)典理論與前沿突破交織：在夯實pn 結(jié)、光電導(dǎo)效應(yīng)等經(jīng)典理論的同時，引入量子點單光子探測器、超晶格紅外焦平面等尖端成果，同步更新鈣鈦礦電池25.5％效率突破等產(chǎn)業(yè)動態(tài)。

三

多維知識表達創(chuàng)新：通過能帶圖動態(tài)演化、器件結(jié)構(gòu)三維剖視及數(shù)學(xué)建模可視化，構(gòu)建“物理圖像→ 數(shù)學(xué)模型→ 性能參數(shù)” 的認(rèn)知閉環(huán)，強化基礎(chǔ)理論與工程思維訓(xùn)練。

本書面向高等院校物理學(xué)、光電信息科學(xué)與工程、半導(dǎo)體器件物理、材料科學(xué)等專業(yè)的本科生及研究生，同時為光電子器件研發(fā)人員提供理論參考。學(xué)習(xí)本書需具備大學(xué)物理、半導(dǎo)體器件物理、量子力學(xué)與固體物理基礎(chǔ)，旨在系統(tǒng)構(gòu)建從微觀物理機制到宏觀器件設(shè)計的知識體系，培養(yǎng)學(xué)生在光電材料設(shè)計、能帶理論及器件工作機理、性能優(yōu)化及前沿應(yīng)用中的綜合分析能力。

作者簡介

周喻 ，中南大學(xué)物理學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。主要從事二維鐵電介電材料控制生長、物性調(diào)控及光電器件、原子級諧振器研究，發(fā)表SCI論文80余篇，申請發(fā)明專利10余項。承擔(dān)國家自然科學(xué)基金區(qū)域聯(lián)合重點基金項目、國家重點研發(fā)計劃青年項目等國家省部級項目9項，擔(dān)任《物理化學(xué)學(xué)報》期刊編委，入選湖南省芙蓉計劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、湖南省湖湘青年科技創(chuàng)新人才、湖南省委組織部湖湘青年英才。

鄒慧，中南大學(xué)物理學(xué)院，國家工科物理教學(xué)建設(shè)基地、國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心骨干教師。長期從事光電子學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)工作，主編《光電子學(xué)基礎(chǔ)》，參與國家級規(guī)劃教材《大學(xué)物理學(xué)》編寫工作。主要研究方向為凝聚態(tài)物理與材料計算領(lǐng)域，利用第一性原理開展二維過渡金屬硫化物光電材料的電子能帶性質(zhì)及缺陷對光電器件性能的調(diào)控，發(fā)表論文20余篇，曾獲“全國高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程青年教師講課比賽中南地區(qū)復(fù)賽”一等獎。

楊雙，華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。主要從事光電轉(zhuǎn)化功能材料理論設(shè)計、界面調(diào)控及器件應(yīng)用研究，發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文140余篇，申請發(fā)明專利20余項。作為負(fù)責(zé)人承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金（優(yōu)青/面上/青年）、教育部U40人才項目、上海市“基礎(chǔ)研究特區(qū)”項目等十余個研究項目。曾獲上海市自然科學(xué)獎二等獎、上海科技青年35人引領(lǐng)計劃、阿里巴巴達摩院青橙獎“最具潛力獎”、中國材料研究學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎二等獎、青年英才校長獎特等獎等榮譽獎勵。

李梓維，湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、湖南大學(xué)現(xiàn)代工程訓(xùn)練中心副主任。曾先后在英國伯明翰大學(xué)、瑞典林雪平大學(xué)擔(dān)任訪問學(xué)者。2019年主持湖南省自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金，2023年獲批湖南省芙蓉計劃湖湘青年英才。主要開展二維半導(dǎo)體、量子點、感存算器件、MicroLED新型顯示器件研究。主持國家自然科學(xué)基金重大研究計劃、科技部“納米前沿”重點研發(fā)計劃子課題、面上項目、中國高校產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新基金等省部級項目10余項。發(fā)表SCI、EI收錄學(xué)術(shù)論文60余篇，授權(quán)發(fā)明專利16項，曾獲湖南省科技進步獎、教育部高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎、發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎、科技部顛覆性技術(shù)大賽全國優(yōu)勝獎、澳門國際創(chuàng)新發(fā)明展金獎等獎勵和榮譽。

我們致力于構(gòu)筑一座融會貫通理論與實踐的堅固橋梁。承蒙行業(yè)專家與高校同仁審閱指正，特此致謝；同時向國內(nèi)外光電子領(lǐng)域經(jīng)典著作及最新研究成果的貢獻者致敬。本書受到國家自然科學(xué)基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金重點項目(U23A20570) 的資助，特別感謝項目組王笑教授、朱曉莉副教授、潘江陵副教授等在本書編寫過程中給予的多方面支持。感謝華東理工大學(xué)楊雙教授、湖南大學(xué)李梓維教授對本書第4 章、第5 章編寫所做出的貢獻。最后向參與本書資料收集、整理、校對等工作的中南大學(xué)物理學(xué)院研究生和本科生(張航、李梓安、李成、范秀蓮、褚文龍、郭學(xué)浩、周希龍、牛晨陽、辛睿鋒、高通航、李琳瑋、李想、陳俊安、張藝博) 表示衷心感謝。

本文摘編自《光電子學(xué)基礎(chǔ)》（周喻等編著. 北京: 科學(xué)出版社, 2025. 8）一書“前言”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

ISBN 978-7-03-083079-1

責(zé)任編輯: 陳艷峰 楊 探

（本文編輯：劉四旦）

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