《固体光学与光谱学》9.ppt

1、1,8.2 离子晶体光学响应函数 -色散关系与反射光谱,8.2.1 理想离子晶体,由晶格振动的(P,E)方程,以及,比较可得理想晶体得介电响应函数,2,反射谱：R(0), R(), R M(), Rm() ，M , m 剩余辐射区：全反射 TO LO R() = 1 带宽LO - TO,透明区： 0， 共振效应： = TO 纵波效应： = LO , = 0 类等离子体效应,Polariton 的介电函数谱,(为实数),3,8.2.2 实际离子晶体,由Lorentz色散理论，Huang方程可写为,设,并利用关系式,4,Polariton 的色散关系,5,实际晶体的Polariton色散曲线,共振

2、效应 =TO，i 极大 类等离子态效应 ()=0 Ne*2/M0LO,波矢虚部qi,波矢实部qr,闪锌矿结构离子晶体极化激元的色散曲线,w+ w-,q+=qr+iqi+ q-=qr-+iqi-,6,实际离子晶体折射率谱的红外色散,解析表达,共振效应,7,实际离子晶体红外反射谱,R(0), R(), RMax (), Rmin()对应的频率,剩余辐射带宽,8,NaCl晶体的反射光谱,室温下NaCl的T和L分别为61和38mm,9,8.3 TO声子的红外(Infra Red, IR)吸收,定性分析（Qualitative analysis)：模式识别 一级过程与多级过程，单声子过程与多声子过程 波

3、矢与频率选择定则(Selection Rules): k=q,k=q0 只有布区中心振动模Fundamental Vibration modes 参与单声子IR吸收，无序和纳米体系，发生relaxation 偶极选择定则，只有极性晶体才有单声子的IR吸收 NaCl, TO声子(164 cm-1, 61 m) IR激活； Si, TO声子(520cm-1, 19.2 m) IR不激活, Raman 激活 光学模,且只有TO振动模才有单声子的IR吸收 IR吸收主峰为单TO声子；次峰为多级声子或LO声子 振动模的对称性分类及红外与喇曼活性（10章）,10,极性晶体LiF（超薄膜）的吸收光谱,TO声子

4、,LO声子,11,光与TO声子以及LO声子相互作用示意图,12,非晶硅氢合金(a-Si:H)的IR光谱，4个基模全激活,13,定量与半定量分析 TO声子频率,应用：由力常数g计算TO，或由TO求g. （如表8.1）,Lorentz-Lorenz公式 Szigeti 公式,注意: M -约化质量，g-力常数,- 极化率，V -体积,吸收谱线宽度（Full Width of Half Maxmimun-FWHM ）,可由吸收谱线的宽度来衡量阻尼作用的大小！,14,气体或液体，浓度为C (mole/cm3),结论：单键的吸收强度接近，固体中亦然,IR吸收强度定量与半定量分析,15,固体IR吸收强度确定单位体积中振子数N,由求和法则,其中 吸收带中心位置频率,16,T,(cm-1),Si-H Si Straching bending,H,H,(Si-H)w Wagging,640,2000,a-Si-H合金的IR吸收光谱,A(Si-H)w=1.6 1019 cm-2,IR+核反应,17,8.4 LO声子的吸收,无序体系； 多声子过程，LO声子与其它振动模的组合； 尺寸效应（低维样品：薄膜，纳米颗粒），斜入射情况；,表面模,纵模/横模二重性，对超薄膜，限域效应使z-纵模, 频率高，xy -横模，频率低,斜入射，平行于入射面P