声子 Phonons

2022-11-01 11:17:28 浏览:337

定义

固体介质中的量子化微观振动。

根据量子力学,固体介质中的微观振动(声波)被量化。 这意味着振动能量只能以所谓的声子的形式进行交换,声子的能量是普朗克常数h乘以声子频率。

存在不同类型的振动模式,涉及非常不同的频率,因此声子能量:

  • 声子与长波长振动有关,其中相邻的粒子几乎同相振荡。 它们的频率相对较低,例如在千兆赫兹区域。
  • 光学声子与振动有关,其中相邻粒子几乎以反相振荡。 光学声子的频率在太赫兹区域(导致声子能量比声声子高得多),在离子晶体或玻璃中,它们可以参与红外光的吸收。 请注意,由于相邻离子的电荷相反,这种振动可以通过其电偶极矩耦合到电磁场。

声子对于红外光学和固态激光器的物理学很重要:

  • 如上所述,吸收过程可以直接产生光学声子——每个吸收的光子一个声子或多个声子(多声子吸收)(但在这种情况下概率较低)。 由于动量守恒的要求和光子的动量非常小(波长比晶格常数长得多),光子只能耦合到波数相当小的光学声子。
  • 它们导致斯塔克级流形的不同子水平之间的快速转换,因此斯塔克级流形的快速热化和显着的寿命展宽。 特别是在振动激光器中,它们可以大大增加增益带宽。
  • 声子参与紧密间隔的斯塔克能级流形之间的多声子跃迁。 在许多情况下,这种过程对于激光操作至关重要,但在其他情况下也可能非常有害,因此可能强制使用不同的主玻璃或晶体。
  • 声子还参与拉曼散射(使用光学声子)和布里渊散射(使用声声子),其中入射光子转化为能量略低的光子和带走光子能量差异的声子。

量子光学

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