固体光学第讲精.ppt
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1、固体光学第讲1第1页,本讲稿共21页第第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,本讲稿共21页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衡位
2、位置置的的距距离离x,二二是是阻阻尼尼力力,正比于电子速度,三是电磁辐射的电场作用力,正比于电场强度振幅正比于电子速度,三是电磁辐射的电场作用力,正比于电场强度振幅E0.假定了电磁波是在x轴方向偏振的m是电子质量,是阻尼系数,o与回复力有关3第3页,本讲稿共21页若电子密度为N,则极化率复介电常数:相对介电常数:电导率最大值:Ke=4第4页,本讲稿共21页电导率与能量的吸收有关,只是在o附近固体才有显著的光吸收这里o是振子的特征频率。洛伦兹模型计算出的Ke和谱5第5页,本讲稿共21页即静态介电常数把经典模型得到的(,)谱换算成(n,k)谱,结果见下图6第6页,本讲稿共21页图3-1和 图3-2
3、给出电介质光学常数谱的一般形状和规律可看出这些谱图是较复杂的,不同频率区中其光学性质很不同在图3-1和 图3-2中,可划分成4个频率区域,各 区 有 特 定 的 光 学 特 性 第 1区 为 透 明 区,固体对光不吸收,是透明的。第2区为吸收区,单峰结构,有极大值。第3区为金属反射区,在这频率范围中,电介质对光完全反射,表现出与普通金属相似的反射行为。第4区为透明区,。7第7页,本讲稿共21页 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,因而在某些场合下,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:为了描述的具体化,前面把振子看成在
4、平衡点附近振动的束缚电子实际上,振子概念要更普通,可以是电子,也可以是原子、原子团等8第8页,本讲稿共21页2.2 金属的特鲁德模型 在特鲁德(Drude)模型当中,金属或者说导体中的电子被看作自由电子,但仍受到正比于其速度的阻尼力的作用,这样,令洛伦兹模型中的回复力等于零,便可导出关于金属的自由电子模型的运动方程:由此可以得到:9第9页,本讲稿共21页这时,与电介质的情况不同,当时 ,电导率不再是近似为零了,而是有一定值:此值是导体的直流电导率,亦是的最大值。根据自由电于的输运方程,导体的直流电导率为 这里为自由电子的散射时间。可见阻尼系数是与电子散射直接相关的量电子散射时间愈短,阻尼愈大1
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