激子的光跃迁

激子效应原理由于吸收光子在固体中产生的可移动的束缚的电子-空（穴）子对。

在光跃迁过程中，被激发到导带中的电子和在价带中的空穴由于库仑相互作用，将形成一个束缚态，称为激子。

通常可分为万尼尔（Wannier）激子和弗伦克尔（Frenkel）激子，前者电子和空穴分布在较大的空间范围，库仑束缚较弱，电子“感受”到的是平均晶格势与空穴的库仑静电势，这种激子主要是半导体中；后者电子和空穴束缚在体元胞范围内，库仑作用较强，这种激子主要是在绝缘体中作用激子是固体中的一种基本的元激发，是由库仑互作用互相束缚着的电子-空穴对。

半导体吸收一个光子之后，电子由价带跃迁至导带，但是电子由于库仑作用仍然和价带中的空穴联系在一起。

激子对描述半导体的光学特性有重要意义；自由激子束缚在杂质上形成束缚激子。

激子束缚能大，说明自由激子容易和杂质结合形成发光中心。

激子效应对半导体中的光吸收、发光、激射和光学非线性作用等物理过程具有重要影响，并在半导体光电子器件的研究和开发中得到了重要的应用.与半导体体材料相比，在量子化的低维电子结构中，激子的束缚能要大得多，激子效应增强，而且在较高温度或在电场作用下更稳定。

在半导体吸收光谱中，本征的带间吸收过程是指半导体吸收一个光子后，在导带和价带同时产生一对自由的电子和空穴.但实际上除了在吸收带边以上产生连续谱吸收区以外，还可以观测到存在着分立的吸收谱线，这些谱线是由激子吸收引起的，其能谱结构与氢原子的吸收谱线非常类似.激子谱线的产生是由于当固体吸收光子时，电子虽已从价带激发到导带，但仍因库仑作用而和价带中留下的空穴联系在一起，形成了激子态.自由激子作为一个整体可以在半导体中运动.这种因静电库仑作用而束缚在一起的电子空穴对是一种电中性的、非导电性的电子激发态.与氢原子一样，激子也具有相应的基态和激发态，但其能量状态与固体中的介电效应和电子空穴的有效质量有关.实际上，固体中的激子态可用类氢模型加以描述，并按此模型很好地估算出激子在带边下分立能级的能态和电离能。

《激子是电子-光子纠缠态》
欧阳森
2016年11月13日
根据目前物理学对激子的定义和实验结果，可以确认激子是电子-光子纠缠
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光子的能级跃迁涉及到原子物理学的知识，主要有三种过程，分别是自发辐射、受激吸收和受激辐射。

自发辐射过程：处于高能级E的一个原子自发的向低能级E跃迁，并发射一个能量为hv的光子，这种过程称为自发跃迁，由原子自发跃迁发出的光被称为自发辐射。

自发辐射的光子是自发产生的，其辐射是独立的。

受激吸收过程：处于低能态E的一个原子，在频率为v的辐射场作用下，吸收一个能量为hv的光子并向高能态E跃迁，这种过程称为受激吸收跃迁。

这个过程是非自发的，需要外来光照射，而且能够增强光的强度。

与原光子性质、状态完全相同。

受激辐射过程：处于上能级E的原子在频率为v的辐射场作用下，跃迁至低能态E ，并辐射一个能量为hv的光子。

这个过程只有在外来光子的能量恰好等于能级差时才会发生，受激辐射所发出的光子与外来光子的特性完全相同，即频率相同、相位相同、偏振方向相同、传播方向相同。

以上信息仅供参考，建议查阅物理书籍或咨询物理专业人士以获取更深入的了解。

3.6激子的光跃迁不同状态间的跃迁自然会有不同的特点。

在第二章中已经讨论过，激子是理想晶体固有的另一种重要的光学激发态，本节讨论其相应的光吸收和光发射。

我们将看到它与带间电子与空穴的产生和复合相应的光跃迁不同的行为。

（自由）激子是晶体的本征激发态，类似于晶体中的单电子态，波函数为布洛赫波，具有确定的波矢ex k 。

激子光跃迁同样要遵循准动量守恒。

产生一个激子，准动量就从零变为ex k。

由于光的波矢与k 空间布里渊区的大小相比，要小得多。

因而对没有声子参与的（零声子）光吸收跃迁，产生的激子的波矢必定处于布里渊区中心，即0ex k 。

对激子的零声子光发射跃迁，也同样只能来自布里渊区中心的激子。

这使得激子光跃迁不同于带间电子跃迁，光谱为尖锐的线谱。

有声子参与的激子光跃迁，表现为*零声子线的伴线，与零声子线的间隔为相应声子（一个或多个）的能量； *或者，使谱线加宽。

声学声子（小能量声子）协同的光跃迁3.6.1 带边吸收光谱的精细结构与激子跃迁实验发现，在带间跃迁吸收边的低能方面，往往会出现一系列分立的吸收峰，并且谱峰分布有一定的规律性。

图3.6-1给出了低温（1.2K ）下高纯GaAs带边附近的吸收谱（图中右下角虚线表示GaAs带间跃迁吸收边），其主要特征是在吸收边低能方向出现一系列吸收峰，而且吸收强度高（与临近的带间跃迁吸收比）。

图中标号为n = 1,2,3,… 的吸收谱被归结为自由激子吸收，如第二章所讨论的，可归之于到不同（类氢）激子态的跃迁。

图中标号为D0-X的吸收峰为中性施主杂质上束缚激子的吸收。

与杂质有关的跃迁将在下一章讨论。

图3.6-1 低温下高纯GaAs近带边吸收光谱。

右下角虚线表示带间跃迁吸收边图3.6-2表示Cu2O在1.8K低温下的近带边吸收光谱。

与图3.6-1比较，二者共同点是在吸收边低能方向出现一系列吸收峰，不同点是Cu2O中吸收峰的标号不是从n = 1，而是n = 2, 3, 4, … 。

光子跃迁知识点总结大全光子跃迁是指光子在原子或分子能级间跃迁的过程，它是光电子学和量子力学领域的重要研究课题。

光子跃迁的规律性和机理深入研究对于理解光电子现象、光谱分析以及制备新材料等具有重要意义。

本文将对光子跃迁的基本概念、原理、过程及应用进行系统总结，以便更好地理解和应用光子跃迁的知识。

一、光子跃迁的基本概念1. 光子的基本特性光子是光的基本单位，它既具有粒子性又具有波动性。

根据普朗克公式，光子的能量与频率成正比，E=hν，其中E为光子的能量，h为普朗克常数，ν为光子的频率。

光子的波长与频率之间的关系由光速公式c=λν得出，其中c为光速，λ为光子的波长，ν为光子的频率。

2. 原子或分子能级在原子或分子中，电子围绕原子核或分子核作轨道运动，而电子的能量是量子化的，只能取离散的能级。

原子或分子的能级可以用能级图来表示，不同的能级之间通过光子跃迁来实现能量的传递。

3. 光子跃迁的定义光子跃迁是指原子或分子中的电子在吸收或发射光子的作用下发生能级变化的过程。

当光子与原子或分子相互作用时，电子会从低能级跃迁到高能级（吸收光子），或者从高能级跃迁到低能级（发射光子），这种过程称为光子跃迁。

二、光子跃迁的基本原理1. 能级跃迁的条件能级跃迁需要满足能量守恒定律和动量守恒定律。

在吸收光子的过程中，电子跃迁到高能级，光子的能量被全部或部分转化为电子的能量；在发射光子的过程中，电子跃迁到低能级，电子的能量被全部或部分转化为光子的能量。

而动量守恒定律则要求光子和电子总动量在跃迁前后保持不变。

2. 能级跃迁的选择定则根据光子跃迁的选择定则，只有符合一定条件的跃迁才能发生。

对于电偶极跃迁，跃迁概率与电场极化方向相垂直的偶极矩元素有关；对于磁偶极跃迁，跃迁概率与电场极化方向平行的偶极矩元素有关；对于四极跃迁，跃迁概率与核或电子多极矩元素有关。

3. 光子跃迁的速率光子跃迁的速率由跃迁概率和外界条件决定。

跃迁概率受原子或分子结构、能级差、波长和偏振态等因素的影响；外界条件包括温度、压力、电场和磁场等因素的影响。

激子的名词解释一、引言在物理学中，我们经常会听到关于微观粒子的各种名词，如原子、电子、质子等等。

但是，在这些粒子之外，还有一类被称为"激子"的粒子，对于非专业人士来说，这个名词可能不太熟悉。

本文将对激子进行解释，并讨论其在物理学中的重要性。

二、激子的定义激子是指由电子与空穴之间的相互作用所形成的新的从属粒子。

为了更好地理解激子，我们首先需要了解电子和空穴。

电子是带有负电荷的基本粒子，它在原子中存在，参与着化学反应和电子传导等过程。

而空穴则是电子缺失而形成的，具有正电荷。

电子和空穴常常在半导体材料中生成和消失。

当电子和空穴在半导体中结合时，就会产生激子。

激子可以看作是电子-空穴对的量子态，类似于"电子-空穴偶"。

它们通过库伦相互作用在空间中结合，形成一个固有的结构。

三、激子的分类根据激子的特性，我们可以将其分为两类：束缚激子和自由激子。

束缚激子是指在半导体晶格中形成的激子，其电子和空穴被束缚于晶格中的特定位置。

束缚激子具有较小的有效质量，能量差较小，因此在光谱中表现出来的是窄线宽。

这种激子的形成条件较为特殊，需要考虑到晶格结构和材料性质等因素。

自由激子则是摆脱束缚的电子和空穴在半导体中自由移动时形成的激子。

自由激子具有更大的有效质量和较大的能量差，因此在光谱中表现为较宽的谱线。

它们的形成条件相对较为宽松，适用于各种半导体材料。

四、激子的性质激子是一种准粒子，具有一些与粒子类似的性质。

首先，激子有自己的能级结构。

电子和空穴在固定的能量范围内结合形成激子，并且不同能级的激子之间存在能级跃迁。

其次，激子还具有电荷和能量的守恒特性。

激子凭借电子和空穴的结合，具有电荷和能量的双重特性。

最后，激子与外界的相互作用也引发了广泛的研究兴趣。

例如，激子可以通过光与半导体材料发生相互作用，从而产生激子-光子相互作用效应。

这种效应在激子激光器等光学器件中得到了广泛应用。

五、激子在科学和技术中的应用激子作为一种新型粒子，对于物理学和材料科学具有重要意义。