半导体光学14一级拉曼散射3次虚电子跃迁

光子与激子耦合可以用耦合振子系统
0 k 0 A k 2与光相互作用描述.
2. 拉曼散射 ①背向散射 ●散射光子与声子状态的确定
光学声子能量较大,位于LO支和LPB的类 声子支（TO）,相应波矢：10 5cm 1. ●散射光强分布
▲参与声子数越多, 散射光强越弱.
▲LO过程的散射光频移比TO过程的散
●声学声子能量 ph1meV.
声学声子与类光子 激子极化激元耦合 更弱,因此需要高分 辨光谱探测技术.
●在声学声子线性部分（远离激中共振区）,
kph
VsLpLhAA,,TTAAVisLA,TAs
ks
ki
2ki
2i
c
ni
.
根据上式可以确定折射率 ni 或声速
VsLA,TA.
②超晶格
●理论
●实验(1980,PRL)
▲拉曼谱中散射双峰是色散折叠曲线中圆 点所指的LA声子(A,B)散射产生. ▲纵模声学声子与光子散射. (限于在本实 验中几何尺度,横模声学声子散射不存在.) 13.4 表面声子极化激元 1.色散
2.实验
反射率R下降意味着表面声子极化激元产
生 T s L .
受抑全反射
实验结果：
13.5局域声子模 1.色散
以确定
0 pl
.
金属中等离子频率在5～15eV.
3.表面等离子激元wenku.baidu.com
①色散(0～ 0p,lT0.
②实验中由受抑全反射产生.
③对于大波矢表面极化激元,满足
R 2 s e 1 , fk o s c r a 1 n 1 . d
spl 2.
4.等离子-LO声子混合模
•plLO
等离子激元 纵极化电场 纵光学声子模
1f2 1 0 p22 l.
若 0 p,l 0 ,n 0 .
在 P0L 区域,介电
函数实部小于0,相应 折射率为纯虚数,反 射率接近1. R陡峭下降部分称 为等离子边缘.
当 m ,n i n 1 ,R 0 .
min0plbb 112.
上图表明，随着载流子的密度增加,等离
子频率增加，0pl n. 根据 R0,min值可
2.实验 ●GaAs中掺入Si，Si取代Ga（作为施 主）,记为 SiGa ；Si取代As（作为受主）, 记为 SiAs . ●掺入Li补偿自由载流子浓度（Si作为受 主与施主不平衡）. ●吸收谱
GaAs: Si， Li
13.6等离子激元
1.激发方式：
①高浓度掺杂. ②高能量激发.
2.自由电子气
ZnO:Ga
产生等离子激元-纵 光学声子耦合模上 支 和下支 （可 根据非交叉原理分析）. ●对于下支 的理解： 在载流子密度较小时,
LO TO .当载流子
密度很大时,由于自由
载流子气屏蔽了离子间的库仑作用,导致
LO TO ,因此 趋近于 TO ,而不是∞.
●LO声子和等离子激元两者色散都很弱 （尤其在k=0点附近，因此它们的耦合 模 和 的色散也都很弱. • 对声子极化激元的影响 △下支在 之上，受等离子激元-LO声子
射光频移要大.
②前向散射
ks
ki
k2 ph ks2ki22kskico s
kph
ks ki
k k2 p ph h 2 2k ki2 is1 i2 c no ki .s 4 k i2s2 i2 n ,
k ph : 120 130 c m 1.
可以直接测量声子极化激元色散.
3. 布里渊散射 ①背向散射
T:
光子与激子 发生强烈耦 合,产生激子 极化激元.
传播方式：
L: UPB近乎全同于光子；LPB近
乎E e全x n 同B ,于K 激 子E g . 2 2 M K 2R * yn 1 B 2.
E ex n B ,0E gR * yn 1 B 2T0.
T:LPB近乎全同于光子.
▲比较耦合振子系统 0k 0A k 2
混合模影响较严重.
△phL, 下支有一定的色散. phL,在k很大时,下支几乎不存在色散.
●反射谱： 兰移 变形
③一级拉曼散射3次虚电子跃迁
⑤实验配置
⑥线性拉曼过程与受激拉曼过程 线性拉曼过程：Is Ii (入射光)； 受激拉曼过程：入射光强度超过某一定 值时, I s 剧增（ 106 倍）. ⑦强耦合下, 拉曼散射是激子极化激元 （激子与光子的耦合）与声子极化激元 之间散射.
●声子极化激元
●激子极化激元