Kramers-Kronig Relations in Optical Materials Research pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Lucarini, V./ Saarinen, J. J./ Peiponen, K. E./ Vartiainen, E. M.

出品人:

页数:176

译者:

出版时间:2005-4

价格:$ 190.97

装帧:HRD

isbn号码:9783540236733

丛书系列:

图书标签:

Kramers-Kronig relations
Optical materials
Spectroscopy
Dielectric function
Optical properties
Material science
Physics
Photonics
Data analysis
Thin films

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具体描述

This is the first one-volume work to provide a thorough and comprehensive description of the physical background, rigorous theory and applications of Kramers-Kronig relations in the fields of linear and nonlinear optical spectroscopy. Currently, Kramers-Kronig relations have become basic tools in the investigation of the optical properties of materials. A brief presentation of the related data-retrieval technique, the maximum entropy method, is also given. The contents and style potentially make this a standard text for physicists, chemists and engineers interested in optical-materials research and development.

《光电材料基础物理与应用》第一章：材料的宏观电学性质本章将深入探讨光电材料在不同外部激励下的宏观电学行为。我们将从经典的德鲁德模型出发，系统阐述自由电子在周期性晶格势场中的运动规律，并引入有效质量概念以描述电子的动力学特性。随后，内容将转向交流电场下的响应，详细分析材料的介电常数（$epsilon$）及其频率依赖性。介电常数被分解为实部和虚部，分别对应于材料的储能能力和能量损耗。通过对洛伦兹振子模型的解析，我们将建立起介电函数与材料微观结构之间的联系。此外，本章还将覆盖材料的导电性，包括欧姆定律的适用范围、霍尔效应在载流子浓度和迁移率测量中的应用，以及不同温度下电导率的变化规律。我们还将讨论半导体材料中本征激发和杂质电离对导电性的影响，为后续的光电效应研究奠定基础。第二章：晶体结构与电子能带理论理解光电材料的物理性质，必须从其微观结构入手。本章将详细介绍晶体学基础，包括布拉格衍射在确定晶格常数和对称性中的作用。核心部分将聚焦于电子的能带理论。我们将从薛定谔方程在周期性势场下的解——布洛赫定理开始，推导出晶体能带结构的概念。重点分析一维、二维和三维晶格中电子的能量-动量关系（$E-k$ 关系图）。通过对不同晶体结构（如面心立方、体心立方）能带结构的比较，阐明直接带隙和间接带隙的物理意义及其对光吸收和发射过程的影响。此外，本章还将深入讨论费米能级、导带底和价带顶的精确定义，以及有效质量张量的概念，解释不同晶向上的电子运动差异。第三章：光学响应的微观机制本章旨在建立从微观激发到宏观光学响应的桥梁。我们将集中讨论光子与材料相互作用的基本过程：光吸收、光发射和光散射。在吸收部分，详细分析跨带跃迁（带间跃迁）和带内跃迁（自由载流子吸收）的机制。针对不同类型的吸收边（如Urbach尾、直接带边、间接带边），给出相应的理论模型和实验判据。在发射方面，重点探讨受激辐射和自发辐射的量子力学描述，并引入光致发光（PL）和电致发光（EL）光谱作为研究材料缺陷和复合速率的重要工具。本章还将简要介绍光散射现象，如瑞利散射和拉曼散射，它们为探测材料的声子谱和晶格振动提供了窗口。第四章：半导体光电器件的物理基础基于前三章的理论基础，本章将转向实际光电器件的工作原理。首先，详细剖析PN结的形成、能带弯曲、内建电场和耗尽区特性。随后，深入分析光在PN结内部的行为，即光生载流子的产生、分离和收集过程。重点讨论光电二极管（PD）和太阳能电池（PV）的工作模式，推导出量子效率、光电流和光伏效应的定量关系。对于发光二极管（LED）和激光器（Laser Diode），本章将聚焦于载流子注入、复合机制（辐射复合和非辐射复合）以及光输出功率的效率分析。特别关注激光器的阈值行为、光子限制和模式选择。此外，还将涉及异质结结构在改善器件性能（如限制载流子、提高效率）中的关键作用。第五章：先进光电材料的特性与调控本章将聚焦于现代光电技术前沿所需的特定材料体系及其性能调控手段。我们将探讨宽禁带半导体（如GaN、SiC）在高温、高功率应用中的优势和挑战，重点分析其缺陷工程和掺杂策略。有机半导体材料（如共轭聚合物、小分子）的光物理性质，包括激子（Exciton）的形成、能量转移过程和载流子传输机制，将作为重点内容。针对钙钛矿材料，我们将剖析其独特的晶体结构（ABX$_3$结构）如何导致优异的光吸收特性和相对较低的缺陷容忍度，同时讨论其长期稳定性问题。最后，本章将介绍通过应变工程、量子尺寸效应（如量子点、量子阱）来精确调控材料光电性能的前沿研究方法。第六章：测量技术与光谱分析本章系统介绍用于表征光电材料的关键实验技术。重点阐述稳态和瞬态光谱学的应用。在吸收光谱方面，将介绍傅里叶变换红外光谱（FTIR）和紫外-可见吸收光谱的原理及其在确定带隙和分析缺陷态中的应用。在发射光谱方面，详细讨论荧光光谱（PL）和拉曼光谱的实验配置、信号采集和数据解释。特别关注时间分辨光谱技术（如时间分辨荧光，TRPL），用于测量载流子寿命、复合速率和能量转移动力学。此外，本章还将介绍电学表征技术，如电导率测量、电容-电压（C-V）和深度能级瞬态谱（DLTS）在分析陷阱密度和能级分布中的重要性。掌握这些技术是理解和优化光电器件性能的基石。