记载” 。例如，墨子《经说下》第四十三中：
“光至，景(ying )亡，若在，尽古（ku)息。 ➢ B.c.3世纪春秋出土丝光瓷器: 纳米贵金属颗粒镶嵌
的瓷器，在阳光下色彩斑斓 ➢ B.c.2-3世纪，Archimede 利用巨型透镜会聚太阳
光焚烧敌舰的故事
从墨翟开始的两千多年的漫长岁月构成 了光学发展的萌芽时期，在此期间光学发展 比较缓慢。到15世纪末和16世纪初，凹面镜、 凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学 元件的相继出现，预示着新的时期即将到来。
17世纪下半叶，牛顿和惠更斯等人把光的研究引 向进一步发展的道路。牛顿根据光的直线传播性 质，提出了光是微粒流的理论。惠更斯反对光的 微粒说，从声和光的某些现象的相似性出发，认 为光是在“以太”中传播的波。这一时期中，在 以牛顿为代表的微粒说占统治地位的同时，以惠 更斯为代表的波动说也初步提出来了。
❖几何光学时期：16世纪初~19世纪初
这一时期可以称为光学发展史上的转折点。在这 个时期，建立了光的反射定律和折射定律，奠定了 几何光学的基础。同时为了提高人眼的观察能力， 人们发明了光学仪器，第一架望远镜的诞生促进了 天文学和航海事业的发展，显微镜的发明给生物学 的研究提供了强有力的工具。到17世纪中叶，基 本上已经奠定了几何光学的基础。
固体光学与光谱学
(Solid State Optics & Spectroscopy)
廖源
中国科技大学物理系
Address: 物理楼303房间 Tel: 3607142 Email: liaoyuan@
教材：
《固体光谱学(Solid State Spectroscopy)》， 方容川编著，中国科学大学出版社，2003年
1845年法拉第揭示了光学现象和电磁现象的内 在联系。麦克斯韦在1865年的理论研究说明光 是一种电磁现象。这个理论在1888年被赫兹的 实验所证实。至此，确立了光的电磁理论。
1859年本生和基尔霍夫制成了第一台棱镜 光谱仪。开始了光谱与物质组成的关系，确认各 种物质都具有自己的特征谱线，从而开创了"光 谱化学分析"这一学科领域。由于光谱分析对鉴 定物质化学成份的巨大意义，导致了光谱研究的 急骤发展和应用。很快地就有人把分光镜用于天 文观测，立即得到了重大发现，知道天上的物质 与地上一样，而当时地上没看到过的氦元素，则 是先从太阳光谱中发现的，接着，分光镜为填满 元素周期表的空缺立下了巨大功劳。
绪论 (Introduction)
主要内容
一、研究内容 二、光学的发展简史 三、课程安排
一、研究内容
光是一种重要的自然现象，我们之所 以能看到客观世界中的景象，是因为眼 睛接受物体发射、反射或散射的光。
《固体光学与光谱学》是关于光(电)与 物质相互作用的性质、规律、及其应用 研究的学科。
具体内容： ➢引入描述固体光学性质的若干基本 参量及其相互间的关系
➢ 1665年,牛顿第一次用三棱镜观察到太阳这 个凝聚态物质的光谱,他正确地解释了这是 由于不同光线折射率不同引起的,即折射率 的色散关系，可以说是牛顿开创了光谱学的 研究。正如著名物理学家斯托列托夫所说， 牛顿的伟大实验开辟了整个光谱学。随后他 又研制成世界上第一架反射式天文望远镜.
❖波动光学时期：19世纪初~20世纪初
到了19世纪初，初步发展起来的波动光学 的体系已经形成。1801年杨氏最先用干涉原 理令人满意的解释了白光照射下薄膜颜色的由 来并做了著名的“杨氏双缝干涉实验”，还第 一次成功的测定了光的波长。1815年菲涅耳 用杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，形成了人 们所熟知的惠更斯—菲涅耳原理。
1808年马吕斯偶然发现光在两种介质界面上反 射时的偏振现象。随后菲涅耳和阿拉果对光的偏 振现象和偏振光的干涉进行了研究。
激子吸收峰：激子态
自由载流子吸收：导带（价带）中的电子（空穴）
声子吸收带：
光与晶格振动模式间的作用, a
杂质吸收
离子晶体：105cm-1 非极性晶体：101-102cm-1
自旋波量子吸收和回旋共振吸收
二、光学的发展简史
❖萌芽时期：远古~15世纪末、16世纪初
➢ 著名科学家丁肇中在2000.11 世界科技大会上题为 “探求自然界的基本构造”的演讲，“…回顾世界 科学和技术的发展，中国有着重要的贡献：在科学 上，光与物质相互作用的研究是最早的物理课题， 公元前四世纪周朝墨子的著作中就有这方面的详细
参考书： 1.《半导体光学》（Semiconductor optics, Springer-Verlag)，C.F.Klingshirn，世界图书出 版公司,1999年 2.《发光学与发光材料》，徐叙瑢，苏勉曾主编， 化学工业出版社，2004年 3.《半导体光谱和光学性质》，沈学础著，科学出 版社，2002年
➢19世纪末20世纪初，两个重大的科学发现：
1895, 伦琴（Röntgen）: X-Ray,
气体放电 + BaPt (CN)4
荧光 ？
1896, 贝克勒尔（Becquerel）：Radioactive-Ray,
阳光 + 铀盐晶体（硫酸双氧铀钾） X-Ray ？
➢1900年，普朗克提出了辐射的量子论，即各种频 率的电磁波，包括光，只能以各自确定的能量从 振子射出，这种能量微粒称为量子。量子论不仅 解释了黑体辐射能量按波长分布的规律，而且以 全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。 量子论给整个物理学提供了新的概念，所以通常 把它的诞生视为近代物理学的起点。
❖量子光学时期：20世纪初~20世纪中
19世纪末到20世纪初，光学的研究深入到 光的发生、光和物质相互作用的微观机制中， 开始了量子光学时期。
➢1871年，瑞利（Layleigh) 发现物质对光的 弹性散射，因此叫做瑞利散射, 期间Mie散射， 即颗粒物质的散射问世
➢1896年,洛伦兹创立电子论，解释了发光和物 质吸收光的现象，也解释了光在物质中传播的 各种特点，包括对色散现象的解释。
如：介电系数（）、复折射率（n ）、 复极化率（ ）、光电导率（ ） ... ...
➢通过研究光吸收和光发射规律来获 得固体中的电子态、能带结构及其它 各种激发态的知识
如：激子态、极化激元、声子态、缺陷态 ... ...
❖典型的半导体吸收光谱
固体吸收光谱的主要特征：源自基本吸收区：价带（电子）导带，伴随光电导，a-105~106 cm-1