固体的光学性质 注释版PDF电子书下载

1 导论 1

1.1 光学过程的分类 1

1.2 光学系数 2

1.3 复折射率和介电常数 5

1.4 光学材料 8

1.4.1 晶体、绝缘体和半导体 8

1.4.2 玻璃 11

1.4.3 金属 12

1.4.4 分子材料 13

1.4.5 掺杂玻璃和绝缘体 14

1.5 固态的光物理特性 15

1.5.1 晶体对称性 16

1.5.2 电子能带 18

1.5.3 振动带 19

1.5.4 态密度 19

1.5.5 非定域态和集体激发 19

1.6 微观模型 20

2 经典传播 25

2.1 光密介质中光的传播 25

2.1.1 原子振荡 26

2.1.2 振动振荡 28

2.1.3 自由电子振荡 29

2.2 偶极振荡模型 29

2.2.1 Lorentz振荡 29

2.2.2 多重共振 34

2.2.3 与实验结果的对照 37

2.2.4　局域场修正 39

2.2.5 Kramers-Kronig关系 40

2.3 色散 40

2.4 光学各向异性：双折射 42

3 带间吸收 49

3.1 带间跃迁 49

3.2 直接吸收跃迁率 51

3.3 直接带隙半导体的带间吸收 54

3.3.1 带间吸收的原子物理学 54

3.3.2 直接带隙Ⅲ-Ⅴ半导体的能带结构 56

3.3.3　联合态密度 57

3.3.4 带边吸收的频率特性 58

3.3.5 Franz-Keldysh效应 60

3.3.6 磁场中的带间吸收 61

3.4 直接带隙半导体的带边吸收 63

3.5 带边上的带间吸收 66

3.6 吸收谱的测量 68

3.7 半导体光电探测器 69

3.7.1 光电二极管 69

3.7.2 光电导器件 71

3.7.3 光伏器件 71

4 激子 76

4.1　激子的概念 76

4.2 自由激子 77

4.2.1 结合能和半径 77

4.2.2 激子吸收 79

4.2.3 GaAs中自由激子的实验数据 80

4.3 外场中的自由激子 82

4.3.1 电场 82

4.3.2 磁场 83

4.4 高密度自由激子 84

4.5 Frenkel激子 86

4.5.1 稀有气体晶体 87

4.5.2 碱金属卤化物 87

4.5.3 分子晶体 88

5 发光学 92

5.1 固体的发光 92

5.2 带间发光 95

5.2.1 直接带隙材料 95

5.2.2　非直接带隙材料 96

5.3 光致发光 98

5.3.1 激发和弛豫 98

5.3.2 低载流子密度 100

5.3.3 简并 101

5.3.4 光致发光的光谱 102

5.4 电致发光 103

5.4.1 电致发光器件的原理 103

5.4.2　发光二极管 106

5.4.3　二极管激光器 107

6　半导体量子阱 115

6.1 量子约束结构 115

6.2 量子阱的生长和结构 117

6.3 电子能级 119

6.3.1 变量分离 119

6.3.2 有限深势阱 119

6.3.3 无限深势阱 121

6.4 光学吸收和激子 124

6.4.1 选择定则 125

6.4.2 二维吸收 127

6.4.3 实验数据 129

6.4.4 量子阱中的激子 130

6.5 量子约束Stark效应 131

6.6 光发射 133

6.7 子带间跃迁 135

6.8 Bloch振荡 135

6.9 量子点 136

6.9.1 半导体掺入玻璃 137

6.9.2 自组织Ⅲ-Ⅴ量子点 138

7 自由电子 143

7.1 等离子体反射率 143

7.2 自由载流子导电性 145

7.3 金属 147

7.3.1 Drude模型 148

7.3.2 金属中的带间跃迁 151

7.4　掺杂半导体 154

7.4.1 自由载流子的反射率和吸收 154

7.4.2　非本征吸收 158

7.5 等离体子 160

8 分子材料 165

8.1 分子材料导论 166

8.2 共轭分子的电子态 167

8.3 分子光谱 169

8.3.1 电子-振动跃迁 170

8.3.2　分子构型图 171

8.3.3 Frank-Condon原理 173

8.3.4 实验光谱 176

8.4 芳香烃 177

8.5 共轭高分子 179

8.6 有机光电材料 181

9 发光中心 186

9.1 振动吸收和发射 186

9.2 色心 189

9.3 离子晶体中的顺磁杂质 192

9.3.1 晶体场效应和振动耦合 192

9.3.2 稀土离子 193

9.3.3 过渡金属离子 195

9.4 固态激光器和光学放大器 196

9.5 磷光体 199

10 光子 204

10.1 红外活性光子 204

10.2 极化固体的红外反射率和吸收 206

10.2.1 经典振子模型 206

10.2.2 Lyddane-Sachs-Teller关系 209

10.2.3 Restrahlen 210

10.2.4 点阵吸收 212

10.3 电磁耦子 214

10.4 极化子 215

10.5 非弹性光散射 218

10.5.1 非弹性光散射的原理 218

10.5.2 Raman散射 220

10.5.3 Brillouin散射 222

10.6　光子寿命 222

11 非线性光学 227

11.1 非线性极化率张量 227

11.2 光学非线性的物理起源 230

11.2.1 非共振非线性 230

11.2.2　共振非线性 234

11.3 二阶非线性 236

11.3.1 非线性混频 237

11.3.2 晶体对称性 239

11.3.3 相位匹配 241

11.4 三阶非线性效应 243

11.4.1 三阶现象回顾 243

11.4.2 各向同性三阶非线性介质 247

11.4.3 半导体中的共振非线性 249

附录A 电介质的电磁理论 255

A.1 电磁场和Maxwell方程 255

A.2 电磁波 258

附录B 辐射吸收和发射 263

B.1 爱因斯坦系数 263

B.2 量子跃迁率 266

B.3 选择定则 269

附录C 能带理论 271

C.1 金属、半导体和绝缘体 271

C.2 近自由电子模型 273

C.3 能带结构实例 276

附录D 半导体p-i-n二极管 280

习题解答 282

参考文献 290

符号 295

索引 297