固体光学第讲精选PPT.ppt
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1、固体光学第讲1第1页,此课件共21页哦第第2讲:固体光学性质的经典模型讲:固体光学性质的经典模型 v电介质的洛伦兹模型v金属的特鲁德模型v模型与实际的比较v振子模型的应用 2第2页,此课件共21页哦2.1电介质的洛伦兹模型Lorentz用用一一个个简简单单模模型型导导出出了了电电介介质质的的光光学学常常数数他他把把固固体体看看作作许许多多振振子子的的组组合合,这这些些振振子子在在光光的的电电磁磁辐辐射射的的作作用用下下受受振振动动假假定定电电子子束束缚缚在在其其平平衡衡位位置置附附近近来来回回振振动动,它它受受到到三三种种力力的的作作用用一一是是回回复复力力,正正比比于于电电子子离离开开平平衡
2、衡位位置置的的距距离离x,二二是是阻阻尼尼力力,正正比比于于电电子子速速度度,三三是是电电磁磁辐辐射射的的电电场场作作用用力力,正正比比于于电电场场强强度度振振幅幅E0.假定了电磁波是在假定了电磁波是在x轴方向偏振的轴方向偏振的m是电子质量,是电子质量,是阻尼系数,是阻尼系数,o与回复力有关与回复力有关3第3页,此课件共21页哦若电子密度为若电子密度为N,则极化率,则极化率复介电常数:复介电常数:相对介电常数相对介电常数:电导率最大值:电导率最大值:Ke=4第4页,此课件共21页哦电导率与能量的吸收有关,只是在电导率与能量的吸收有关,只是在 o附近固体才有显附近固体才有显著的光吸收这里著的光吸
3、收这里 o是振子的特征频率。是振子的特征频率。洛伦兹模型计算出的洛伦兹模型计算出的Ke和和 谱谱5第5页,此课件共21页哦即静态介电常数即静态介电常数把经典模型得到的把经典模型得到的(,)谱换算成谱换算成(n,k)谱,结果见下图谱,结果见下图6第6页,此课件共21页哦图图3-1和和 图图3-2给给出出电电介介质质光光学学常常数数谱谱的的一一般般形形状状和和规规律律可可看看出出这这些些谱谱图图是是较较复复杂杂的的,不不同同频频率率区区中中其其光光学学性性质质很很不不同同在在图图3-1和和 图图3-2中中,可可划划分分成成4个个频频率率区区域域,各各区区有有特特定定的的光光学学特特性性第第1区区为
4、为透透明明区区,固固体体对对光光不不吸吸收收,是是透透明明的的。第第2区区为为吸吸收收区区,单单峰峰结结构构,有有极极大大值值。第第3区区为为金金属属反反射射区区,在在这这频频率率范范围围中中,电电介介质质对对光光完完全全反反射射,表表现现出出与与普普通通金金属属相相似似的的反反射射行行为为。第第4区为透明区,。区为透明区,。7第7页,此课件共21页哦 上述的洛伦兹理论没有考虑极化场的影响实际上上述的洛伦兹理论没有考虑极化场的影响实际上在被光作用的电子周围的原子有时可能产生极化场,因在被光作用的电子周围的原子有时可能产生极化场,因而在某些场合下,例如定域在杂质原子附近的电子或其而在某些场合下,
5、例如定域在杂质原子附近的电子或其他定域态电子,需加极化场修正:他定域态电子,需加极化场修正:为为了了描描述述的的具具体体化化,前前面面把把振振子子看看成成在在平平衡衡点点附附近近振振动动的的束束缚缚电电子子实实际际上上,振振子子概概念念要要更更普普通通,可可以以是是电电子子,也也可可以以是是原原子子、原子团等原子团等8第8页,此课件共21页哦2.2 金属的特鲁德模型金属的特鲁德模型 在在特特鲁鲁德德(Drude)模模型型当当中中,金金属属或或者者说说导导体体中中的的电电子子被被看看作作自自由由电电子子,但但仍仍受受到到正正比比于于其其速速度度的的阻阻尼尼力力的的作作用用,这这样样,令令洛洛伦伦
6、兹兹模模型型中中的回复力等于零,便可导出关于金属的自由电子模型的运动方程的回复力等于零,便可导出关于金属的自由电子模型的运动方程:由此可以得到:由此可以得到:9第9页,此课件共21页哦这时,与电介质的情况不同,当时这时,与电介质的情况不同,当时 ,电导率,电导率不再是近似为零了,而是有一定值:不再是近似为零了,而是有一定值:此值是导体的直流电导率,亦是此值是导体的直流电导率,亦是 的最大值。根据自由电于的输运方的最大值。根据自由电于的输运方程,导体的直流电导率为程,导体的直流电导率为 这里这里 为自由电子的散射时间。为自由电子的散射时间。可可见见阻阻尼尼系系数数 是是与与电电子子散散射射直直接
7、接相相关关的的量量电电子子散散射射时时间间愈愈短短,阻阻尼尼愈愈大大10第10页,此课件共21页哦由特鲁德经典模型所计算出的金属的由特鲁德经典模型所计算出的金属的(,)谱和谱和(n,k)谱谱11第11页,此课件共21页哦金属在某频区的光性像普通电介质那样,呈现透明性;电介质在某频区像普金属在某频区的光性像普通电介质那样,呈现透明性;电介质在某频区像普通金属那样,呈现全反射这说明了团体光谱形状的复杂性、以及光性材频通金属那样,呈现全反射这说明了团体光谱形状的复杂性、以及光性材频率的依赖性。率的依赖性。12第12页,此课件共21页哦固体还有一个特殊的频率,离子体频率固体还有一个特殊的频率,离子体频
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