●序
前言
第1章量子點概述1
1.1量子阱、量子線和量子點1
1.2量子效應3
1.2.1量子尺寸效應3
1.2.2表面效應4
1.2.3宏觀量子隧道效應5
1.2.4庫侖阻塞效應5
1.3量子點的類型和結構5
1.3.1量子點的類型5
1.3.2量子點的結構8
1.4量子點的應用11
1.4.1量子點光電子器件11
1.4.2量子點太陽能電池13
1.4.3量子點在生命科學中的應用15
1.4.4量子點研究的展望16
參考文獻17
第2章量子點納米光子學基礎19
2.1光子和電子19
2.2激子21
2.3傳播和約束22
2.3.1自由空間中的傳播22
2.3.2光子和電子的約束23
2.4隧道效應26
2.5周期勢場下的約束：帶隙28
2.6納米級能量轉移33
2.6.1高濃度摻雜時的能量轉移34
2.6.2瞬逝波34
2.6.3熒光共振能量轉移35
參考文獻36
第3章量子點的能級結構37
3.1量子電子態37
3.1.1勢阱中的粒子37
3.1.2球對稱勢阱中的粒子41
3.1.3庫侖勢中的電子45
3.1.4周期勢中的粒子46
3.1.5晶體中的電子50
3.1.6準粒子電子、空穴和激子54
3.2有效質量近似58
3.2.1弱約束情形59
3.2.2強約束情形60
3.2.3中等約束情形63
3.3表面極化效應65
3.4緊束縛近似66
3.5經驗贗勢法67
參考文獻68
第4章量子點的制備和表征70
4.1量子點制備71
4.1.1分子束外延生長71
4.1.2金屬有機化學氣相沉積法73
4.1.3脈衝激光沉積法75
4.1.4納米化學法76
4.1.5高溫熔融法80
4.2實驗室量子點光纖制備80
4.2.1光纖纖芯本底材料的選擇81
4.2.2量子點膠體的制備81
4.2.3空芯光纖灌裝方法探索82
4.2.4量子點玻璃光纖（空氣包層）的制備85
4.3量子點的表征88
4.3.1X射線89
4.3.2電子顯微鏡90
4.3.3掃描探針顯微鏡92
4.3.4激光粒度儀93
4.3.5吸收-輻射光譜95
4.4熔融法制備PbSe量子點玻璃96
4.4.1實驗制備96
4.4.2結果與分析97
4.4.3熔融二次熱處理優化制備PbSe量子點熒光玻璃103
4.5本體聚合法制備PbSe/PMMA量子點光纖材料109
4.5.1概述109
4.5.2制備110
4.5.3結果與分析111
4.5.4結論115
4.6.1實驗116
4.6.2結果與分析117
4.6.3結論123
參考文獻124
第5章量子點光譜126
5.1量子點的發光126
5.1.1發光模式126
5.1.2俄歇復合127
5.1.3量子點光譜的頻移127
5.2量子點的吸收、輻射和散射特性129
5.2.1吸收129
5.2.2輻射130
5.2.3散射132
5.3躍遷譜線展寬134
5.3.1均勻展寬135
5.3.2非均勻展寬137
5.3.3綜合展寬138
5.3.4量子點的粒度分布對熒光輻射譜的影響139
5.4躍遷截面147
5.4.1截面的概念147
5.4.2愛因斯坦繫數和Ladenburg-Fuchtbauer關繫149
5.4.3輻射截面的McCumber理論151
5.4.4截面的確定154
5.4.5能級壽命161
5.5室溫下正己烷本底中PbSe量子點的熒光壽命163
5.5.1實驗材料與表征164
5.5.2結果與分析165
5.5.3結論171
5.6CdSe/ZnS量子點的吸收與折射率色散關繫的確定171
5.6.1實驗171
5.6.2結果與分析173
5.6.3結論179
5.7PbSe、PbS和CdSe、CdS量子點的比較179
參考文獻180
第6章量子點的溫度特性183
6.1量子點PL譜的溫變特性理論183
6.1.1量子點PL峰值強度隨溫度的變化183
6.1.2量子點PL峰值波長隨溫度的變化184
6.1.3量子點PL譜的半高全寬隨溫度的變化187
6.2CdSe/ZnS量子點的熱穩定性研究189
6.2.1實驗和結果190
6.2.2實驗和理論的比較與討論192
6.2.3小結195
6.3CdSe/ZnS核/殼量子點薄膜溫度傳感器196
6.3.1光路結構196
6.3.2溫件制作197
6.3.3實驗結果及分析197
6.3.4小結202
參考文獻202
第7章光纖中的光傳輸204
7.1均勻介質中的光傳輸204
7.2三能級繫統206
7.2.1三能級模型206
7.2.2三能級速率方程206
7.2.3小信號增益208
7.2.4增益飽和211
7.2.5很好光纖長度212
7.3重疊因子212
7.4二能級模型215
7.4.1二能級近似215
7.4.2二能級速率方程216
7.5放大的自發輻射218
7.5.1噪聲功率和噪聲帶寬218
7.5.2噪聲繫數219
7.5.3噪聲功率方程220
7.6包含放大自發輻射的建模221
7.7徑向效應222
7.7.1速率方程223
7.7.2徑向分布函數224
7.8三維情形225
參考文獻226
第8章量子點光纖和光纖放大器227
8.1UV膠纖芯本底的CdSe/ZnS量子點光纖的傳光特性228
8.1.1實驗228
8.1.2UV膠中CdSe/ZnS量子點的吸收譜和輻射譜229
8.1.3摻雜光纖對泵浦光的吸收230
8.1.4PL峰值強度與摻雜光纖長度和濃度的關繫231
8.1.5PL峰值波長與摻雜光纖濃度和長度的關繫233
8.1.6結論234
8.2量子點光纖熒光光譜的紅移234
8.2.1纖芯基底為甲苯時的PL峰值波長的紅移234
8.2.2不同纖芯本底的PL峰值波長的紅移236
8.2.3結論238
8.3單摻雜PbSe量子點光纖放大器238
8.3.1基本工作原理239
8.3.2速率方程240
8.3.3結果與分析243
8.3.4結論和展望246
8.4多粒度摻雜PbSe量子點光纖放大器247
8.4.1引言247
8.4.2能級和疊加譜247
8.4.3結果與分析249
8.4.4結論252
8.5PbSe量子點近紅外寬帶光纖放大器的實驗實現252
8.5.1實驗253
8.5.2結果與分析254
8.5.3結論261
8.6理想的量子點光纖放大器261
8.7結語與展望264
參考文獻266
第9章量子點光纖激光器268
9.1概述268
9.2幾個關鍵問題271
9.2.1量子點種類的選擇271
9.2.2量子點的光學增益和受激輻射閾值272
9.2.3泵浦光激勵閾值273
9.2.4激射的穩定性274
9.2.5諧振腔274
9.3PbSe量子點光纖激光器的實驗實現276
9.3.1激光器的構成276
9.3.2實驗過程276
9.3.3結果與分析277
9.3.4結論284
9.4環形腔PbSe量子點單模光纖激光的數值模擬284
9.4.1粒子數速率方程、光功率方程及循環條件284
9.4.2重疊因子286
9.4.3彎曲損耗286
9.4.4數值模擬287
9.4.5結論291
9.5結語與展望292
參考文獻294
第10章納米光子學若干熱點及進展296
10.1量子點太陽能電池296
10.1.1太陽能電池的基本工作原理297
10.1.2PIN結構的量子點太陽能電池300
10.1.3量子點敏化太陽能電池304
10.1.4量子點多激子效應309
10.1.5幾個關鍵問題318
10.1.6展望320
10.2硅量子點320
10.2.1硅量子點簡介320
10.2.2硅量子點制備322
10.2.3硅量子點的生物應用325
10.2.4展望327
10.3表面等光子學327
10.3.1表面等的物理機制327
10.3.2局域表面等329
10.3.3傳播的表面等330
10.3.4表面增強拉曼散射333
10.3.5表面等的應用及展望334
10.4單個等納米粒子的光學特征335
10.4.1電磁理論模型：Mie理論和Gans理論336
10.4.2單粒子散射法338
10.4.3單粒子消光方法342
10.4.4單粒子吸收方法345
10.4.5單粒子光譜與電子顯微鏡結合348
10.4.6等的譜線寬351
10.4.7小結355
10.5表面增強拉曼散射熱點的超分辨成像355
10.5.1高分辨率成像的基本原理356
10.5.2超分辨SERS熱點成像358
10.5.3衍射極限的SERS輻射的擬合：超越高斯近似360
10.5.4光譜-空間分辨的熱點363
10.5.5結論和展望365
參考文獻366
附錄1本書主要物理量符號對照表373
附錄2希臘字母符號對照表377

納米光子學是研究納米尺度光與物質相互作用的一門科學和技術，是近年來發展迅速的一個熱門前沿領域。本書主要內容包括：量子點的基本概念和納米光子學的基礎理論；量子點的能級結構；量子點的制備和表征；量子點光譜；量子點的溫度特性；光纖中的光傳輸；量子點光纖和光纖放大器；量子點光纖激光器；納米光子學研究的幾個熱點領域及進展，如量子點太陽能電池、硅量子點、表面等光子學、單個等納米粒子的光學特征、表面增強拉曼散射熱點的超分辨成像等。本書可供納米光子學及其應用領域的科技工作者參考，也可供光學、光學工程、納米材料、通信和電子信息等專業的研究生閱讀或作為教材使用。