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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 Restrahlen210

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