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1、 离子晶体的红外光学性质离子晶体的红外光学性质 一. 离子晶体长光学声波的特点 二. 长光学声波的宏观运动方程 三. LST (Lyddane-Sachs-Teller关系式 四. 极化对离子晶体光学性质的影响 五. 极化激元（Polaritons） 六. 黄昆方程面心立方点阵第一Brilouin 区内的对称情况(001)面 频率等值线以 2 1013s-1 为单位110100 立方晶系只需要测量三个主轴方向色散曲线的说明 黄昆 书 p194 大多数离子晶体在可见光谱区域是透明的，但大多数离子晶体在可见光谱区域是透明的，但在光谱的红外区存在强烈的反射和吸收现象，这些在光谱的红外区存在强烈的反射
2、和吸收现象，这些红外光学性质是由离子晶体光学支声子决定的。红外光学性质是由离子晶体光学支声子决定的。 和离子晶体光学声子典型频率值和离子晶体光学声子典型频率值1013Hz 相近相近的红外光对应的波长（的红外光对应的波长（105 m）远比原子间距大）远比原子间距大得多，所以可能和红外光发生作用的只能是长波光得多，所以可能和红外光发生作用的只能是长波光学声子，即学声子，即Brilouin 区心附近的光学声子。所以研区心附近的光学声子。所以研究离子晶体的红外光学性质要从分析长光学波运动究离子晶体的红外光学性质要从分析长光学波运动的特点，求解长光学波的宏观运动方程出发。的特点，求解长光学波的宏观运动方
3、程出发。K 离子晶体的长光学波是极化波，纵波中存在离子晶体的长光学波是极化波，纵波中存在的极化电场会提高其传播频率，横波不受影响。的极化电场会提高其传播频率，横波不受影响。见 Blakemore：Solid State Physics P111NaI 的色散曲线 很明显看到： LO TO 相对介电函数相对介电函数r () 与频率的关系，在与频率的关系，在T 处处r () 趋于无穷大，趋于无穷大，T L 时，介电函数为负，时，介电函数为负，频率在此范围的电磁波不能在介质中传播频率在此范围的电磁波不能在介质中传播。 见 Kittel p283 图13取r () 2 , r (0) 3 绘出的r (
4、) 图 T L 时 介电函数为负，频率在此范围的电磁波不能在介质中传播。理想晶体的反射率和频率的关系理想晶体的反射率和频率的关系大块NaCl 晶体的反射率和波长关系晶体的反射率和波长关系 Phonons p16 Kittel 8版 p284 图15， 不同厚度的NaCl 薄膜的红外透射谱 只有衬底 膜厚0.07m 膜厚0.11m 膜厚0.17m 膜厚0.26m 见 Phonons p16 极化激元（极化激元（Polaritons) 由于光子是横向电磁场量子，光照射离子晶体时将激发横向电磁场，从而对离子晶体中光频支横波振动产生影响，特别是当光子频率=kc和横波光学支声子的频率T相近时，两者的耦合很强，其结果将使光子与TO声子的色散曲线都发生很大的变化，形成光子TO声子的耦合模式，其量子称作极化激元。它是离子晶体中的一种元激发。由于= T 时，对应的光子波数与Brilouin 区的尺寸相比为小量，因此极化激元是长波横向光学声子与电磁场的耦合量子。