固體光學(SolidStateOptics)Address:理學樓208房間Tel:86414130Email:1參考書：1.《固體的光學性質(zhì)》，福克斯著，科學出版社，2009年2.《光學薄膜技術(shù)》，盧進軍，劉衛(wèi)國編著，西北工業(yè)大學出版社，2008年05月3.《發(fā)光學與發(fā)光材料》，徐敘瑢，蘇勉曾主編，化學工業(yè)出版社，2004年4.《半導體光譜和光學性質(zhì)》，沈?qū)W礎(chǔ)著，科學出版社，2002年5.《固體光譜學(SolidStateSpectroscopy)》，方容川編著，中國科學大學出版社，2003年教材：《固體光學》莫黨編著高等教育出版社，19942主要內(nèi)容一、固體宏觀光學性質(zhì)、經(jīng)典模型、量子模型二、晶體光學三、薄膜光學四、固體發(fā)光

3具體內(nèi)容：引入描述固體光學性質(zhì)的若干基本參量及其相互間的關(guān)系通過研究光吸收和光發(fā)射規(guī)律來獲得固體中的電子態(tài)、能帶結(jié)構(gòu)及其它各種激發(fā)態(tài)的知識如：介電系數(shù)（）、復折射率（n）、復極化率（

）、光電導率（）......如：激子態(tài)、極化激元、聲子態(tài)、缺陷態(tài)......5典型的半導體吸收光譜6固體吸收光譜的主要特征：基本吸收區(qū)：價帶（電子）導帶，伴隨光電導，a-105~106cm-1激子吸收峰：激子態(tài)自由載流子吸收：導帶（價帶）中的電子（空穴）聲子吸收帶：光與晶格振動模式間的作用,a雜質(zhì)吸收自旋波量子吸收和回旋共振吸收離子晶體：105cm-1非極性晶體：101-102cm-17第一次課：固體宏觀光學性質(zhì)

要點:講述固體光學性質(zhì)宏觀描述，給出固體各種光學常數(shù)之間的關(guān)系，介紹固體光學常數(shù)

復光學常數(shù)(ComplexOpticalConstant);色散關(guān)系(DispersionRelation)9許多固體光學現(xiàn)象可用宏觀的電磁理論來加以描述和分析，麥克斯韋方程組以及電磁波動方程是該理論的基礎(chǔ)。波動方程的解可表達成簡諧平面波之和：其中xo與yo分別是在x方向與在y方向上的單位矢量為波的圓頻率，c是光速，N稱為復折射率，1.1光波的宏觀描述10實部“叫做折射率(refractiveindex)，虛部k做消光系數(shù)(extinctioncoefficient).有些文獻中k被叫作吸收系數(shù)亦有文獻采用如下定義：這里K被叫作消光系數(shù)或衰減系數(shù)。除n和k外，還有另外一些描述光學性質(zhì)的物理量，如吸收系數(shù)(absorptioncoefficient)和反射比(reflectance)11當光入射到兩種介質(zhì)的交界面時，出現(xiàn)光的反射現(xiàn)象。若光是從真空(或空氣)正入射至固體表面，反射比R滿足下式：它是反射通量(或功率)與入射通量(或功率)之比。13從式(1-3)至式(1-5）即可看出，光波解的表達式中只包含兩個物性參量n和k，即是說，描述固體的光學參量可以有許多個但是獨立的光學參量應是兩個當折射率和消光系數(shù)這兩個參量知道后固體的光學性質(zhì)便確定下來了。1.2介電常數(shù)與電導率、復光學常數(shù)從表面上看，介電常數(shù)和電導率是電學量，但光是一種電磁波，因此可用光頻范圍內(nèi)的和來描述物質(zhì)的光性。從形式上看．波動方程式(1-1)和(1-2)中有三個物性參量，即、和。但實際上形成兩個組合，即和。故獨立的光性量也是兩個。下面求出和這組光學常數(shù)與另一組常數(shù)的關(guān)系：14由于:所以：15對實驗規(guī)律的解釋，引進一系列復光學常數(shù)復波矢復介電系數(shù)復折射率復極化率

復光電導率它們之間的關(guān)系及物理意義17復波矢平面波波矢方程波的傳播方向，電磁波能量損耗復介電系數(shù)在介質(zhì)中，Maxwell方程組以及矢量公式：18復折射率n—折射率，—消光系數(shù)：基本光學常數(shù)非鐵磁性介質(zhì)，：i.對振幅無衰減介質(zhì)：均為實數(shù)ii.對振幅有衰減介質(zhì)：為復數(shù)為實數(shù)：波的振幅有衰減，波在介質(zhì)中傳播無能量損耗（？）為復數(shù)：波在介質(zhì)中傳播時，振幅衰減，能量有損耗－離子晶體中的剩余輻射現(xiàn)象廣義Maxwell關(guān)系式19介質(zhì)中與光場相關(guān)的矢量之間的位相關(guān)系-0rE0iEiED=0(1+)E=0(1+r)E+

i0iEP=0E=0(r-1)E+

i0iEJ=-iP=0iE-i0(r-1)E21復光電導率在平面波照射的固體中，產(chǎn)生極化電流密度也是一個二階張量則有221.3介質(zhì)中的光強(J/m2.s)定義即（設傳播方向為x）吸收系數(shù)與消光系數(shù)討論：23表1.1電導率為的材料中,波長為0入射光的光強穿透深度d1、振幅穿透深度d2以及光學反射率R25介質(zhì)中的光功率密度和吸收率定義W：光功率密度(W/m3）

；A：吸收率；d:介質(zhì)厚度當d很小時因此測量光電導率也可以測量吸收系數(shù)．26名稱表達式 無耗分量耗能分量復波矢

k=kr+iki

kr

ki

復折射率

n=n＋i

n

復介電系數(shù)

=r+

ii

r

i

復極化率

=