9.1_固体中的光吸收教程.ppt

第九章 固体中的光吸收;§9-1 固体光学常数间的基本关系;从理论上可以计算吸收系数(在一定的模型近似下);一、光吸收的描述——复数介电常数;在介质中 D =ε0E + P, D 为电位移矢量, P 为极化强度。且有 D =ε(ω)ε0E, 所以;上式表明在介质吸收中, 电流 j 分为两部分, 一部分与 E 位相差 90°, 称为极化电流, 一部分与电场同位相, 称为传导电流;所以, ε2(ω) 与吸收功率之间存在着内在联系。如果从微观理论模型出发, 计算出光吸收功率就可以得到 ε2(ω) 的理论值;二、光学系数;利用复折射率与复介电常数之间的关系;实际上还要利用 Kramers-Kr?nig 关系, 由 ε2(ω) 计算出 ε1(ω) ;可看出吸收系数为;三、反射系数;可得反射系数;因此, 从实验测出 R(ω), 利用上式就能算出θ(ω), 就可推算出 n(ω) 和 k(ω), 随即可得 ε1(ω) 和 ε2(ω) 从而可以和理论进行对比;在没有吸收时 (k=0), 也会发生反射, 有;如果一种固体强烈地吸收某一光谱范围的光, 它就能有效地_________在同一光谱范围内的光。 反射;§9-2 固体中的光吸收过程;本征吸收区对应于价带电子吸收光子跃迁至导带, 产生电子－空穴对;本征吸收边;自由载流子吸收;自由载流子吸收可以扩展到整个红外波段和微波波段, 吸收系数大小与载流子浓度有关;晶格吸收;杂质吸收;磁吸收;§9-3 半导体的带间光吸收;其中 A 为描述电磁波的矢量势;矩阵元 c, k’|H’|v, k 为如下布洛赫函数之间的积分;对所有价带电子相加计算出吸收功率;从介质吸收的观点已知;实验上通常测量的是反射谱 R(ω). ε2(ω) 与 R(ω) 之间存在着相互联系, 经过变换可以进行理论和实验的比较;实线是从实验上得到的反射系数推算出来的, 虚线是根据能带理论计算出来的, 二者大体上是相符的;ε2(ω) 的谱线形状很大程度上取决于联合态密度, 定义;ε2(ω) 的表达式中, 矩阵 |S· Mcv(k)| 随 k 变化是缓慢的,可近似视为常数, 提到积分号外, 因而有;;§9-4 激子光吸收;激子实际上是固体中电子系统的一种激发态。激子态有两种典型的情况;对于弱束缚激子, 可以用有效质量近似的方法进行讨论。设想导带底和价带顶都是在 k=0, 用 me* 和 mh* 分别表示它们的各向??性的有效质量, 有效哈密顿量为;总能量是;电子与空穴之间的有效玻尔半径增大 (m/m*ε) 倍, 大约在几十埃—几百埃。除非在很低的温度, 激子态是完全电离的;由类氢模型所得结果与实验符合得很好。 没有 n=1 的吸收谱线, 这是由于对应的跃迁是禁戒的;对于典型的离子晶体, 有效质量 m* 很大, 介电常数 ε 不是很大, 用前式估计, 束缚能在 1eV 数量级, 有效玻尔半径接近原子间的距离;当光子能量超过 7.8eV 时可观察到光电导现象, 可认为它相应于带隙宽度的值, 6.8eV、7.4eV处有激子吸收线