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上篇　拉曼光谱学基础3

第1章　拉曼光谱学的一般知识3

1.1　散射、光散射和拉曼散射3

1.1.1　散射与光散射3

1.1.2　光散射与拉曼散射4

1.2　光谱、散射光谱与拉曼光谱6

1.2.1　光谱与散射光谱6

1.2.2　拉曼散射与拉曼光谱6

1.3　拉曼散射效应的发现和拉曼光谱学的发展12

1.3.1　拉曼散射效应的发现12

1.3.2　拉曼光谱学的发展15

1.3.3　激光拉曼光谱学20

1.4　拉曼光谱应用概述25

1.4.1　拉曼光谱应用的常规化25

1.4.2　拉曼光谱应用的基础26

1.4.3　振动拉曼光谱应用简介28

参考文献33

第2章　光散射的理论基础36

2.1　散射概率36

2.1.1　散射实验与散射概率36

2.1.2　散射截面和微分散射截面38

2.1.3　散射截面的经典物理和量子物理表述39

2.2　光散射的宏观理论41

2.2.1　电偶极辐射和感生电偶极矩42

2.2.2　孤立原子的光散射43

2.2.3　分子的光散射44

2.2.4　经典光散射理论对光散射机制和基本特征的描述46

2.3　光散射的微观理论52

2.3.1　微分散射截面与量子跃迁概率52

2.3.2　量子跃迁概率与含时间微扰论53

2.3.3　原子光散射的量子力学描述54

2.3.4　分子光散射的量子力学理论54

2.3.5　光散射的量子力学诠释55

参考文献60

第3章　拉曼光谱的实验基础61

3.1　实验的基础知识61

3.1.1　拉曼光谱实验的内容和拉曼光谱的分类61

3.1.2　拉曼光谱实验条件和实验结果的标示62

3.1.3　与实验条件相关的拉曼光谱特性64

3.1.4　振动拉曼光谱实例——CCl4的拉曼光谱66

3.1.5　拉曼光谱实验的技术关键68

3.2　光栅色散型拉曼光谱仪68

3.2.1　拉曼光谱仪的基本结构及其技术进步历程68

3.2.2　激发光源——激光器72

3.2.3　样品光路76

3.2.4　分光光路83

3.2.5　光探测器和光谱读取92

3.2.6　光栅拉曼光谱仪的整体结构100

3.2.7　共焦拉曼光谱仪101

3.2.8　近场拉曼光谱仪104

3.3　拉曼光谱测量技术105

3.3.1　光谱仪的安全放置和进行调整的条件105

3.3.2　光谱仪光路的调整106

3.3.3　显微拉曼光谱仪的光路调整111

3.3.4　光谱的特性和光谱的分辨113

3.3.5　光谱仪性能的描述115

3.3.6　商品光谱仪的性能参数119

3.3.7　光谱仪运转参数的选择121

3.3.8　光谱仪透光率的色散及其影响的消除124

3.3.9　谱仪的日常维护125

3.4　干涉型光谱仪126

3.4.1　傅里叶变换（FT）光谱仪127

3.4.2　法布里-珀罗干涉仪130

3.4.3　光谱仪与傅里叶变换光学132

3.5　实验拉曼光谱的数据处理133

3.5.1　原始光谱的成分及其光谱特征133

3.5.2　噪声谱的消除和减少135

3.5.3　光谱参数的获取139

参考文献140

第4章　固体拉曼散射的理论基础142

4.1　晶格动力学的基础知识142

4.1.1　运动方程的简化与晶格动力学143

4.1.2　经典力学理论——格波144

4.1.3　一维双原子线性链的晶格振动146

4.1.4　量子力学理论——声子150

4.1.5　电子-声子相互作用151

4.2　晶格动力学的微观模型153

4.2.1　三维晶体的经典晶格动力学154

4.2.2　力常数模型（force constant model）155

4.2.3　壳模型（shell model）157

4.2.4　键模型（bond model）158

4.2.5　键电荷模型（bond charge model）159

4.2.6　典型半导体声子色散曲线的计算结果160

4.3　晶格动力学的宏观模型162

4.3.1　连续弹性模型162

4.3.2　介电电连续模型——黄昆方程164

4.4　非晶体的晶格动力学168

4.5　固体的拉曼散射理论169

4.5.1　概述169

4.5.2　固体拉曼散射的量子力学描述172

4.5.3　拉曼散射的介电涨落关联模型173

4.5.4　晶体和非晶的拉曼散射谱178

参考文献181

下篇　低维纳米半导体的拉曼光谱学第5章　低维纳米体系拉曼散射的理论基础和光谱特征187

5.1　低维纳米体系与小尺寸效应187

5.1.1　维度、尺寸与特征长度187

5.1.2　低维体系与纳米材料188

5.1.3　小尺寸效应190

5.1.4　低维纳米体系的科学研究193

5.2　超晶格半导体194

5.2.1　非极性半导体薄板195

5.2.2　离子晶体平板197

5.2.3　半导体超晶格197

5.3　纳米半导体206

5.3.1　非极性半导体微晶粒207

5.3.2　Si纳米晶209

5.3.3　极性晶粒粉状半导体209

5.3.4　碳纳米管211

5.3.5　量子阱线、量子线或纳米线215

5.4　关于微晶模型218

5.4.1　原始的微晶模型218

5.4.2　微晶模型的应用220

5.4.3　微晶模型的有效性222

5.4.4　微晶模型的合理性224

5.4.5　微晶模型合理和有效性的检验226

5.5　第一性原理计算230

5.5.1　Si/Ge超晶格晶格动力学的从头算230

5.5.2　硅［111］纳米线的色散关系231

参考文献232

第6章　低维纳米半导体的基础拉曼光谱234

6.1　半导体超晶格的特征拉曼光谱235

6.1.1　折叠声学模235

6.1.2　限制光学模236

6.1.3　界面模238

6.2　纳米硅的特征拉曼光谱241

6.2.1　多孔硅的特征拉曼谱241

6.2.2　硅纳米线的特征拉曼谱243

6.2.3　纳米硅拉曼谱特征的根源246

6.3　纳米碳的特征拉曼光谱249

6.3.1　纳米金刚石特征拉曼谱251

6.3.2　富勒稀（Fullerene）的特征谱256

6.3.3　碳纳米管的特征拉曼谱258

6.4　极性纳米半导体的特征拉曼光谱260

6.4.1　SiC纳米棒的特征拉曼光谱260

6.4.2　其他极性纳米半导体的拉曼光谱262

6.5　多声子拉曼谱265

6.5.1　超晶格多声子拉曼谱265

6.5.2　纳米半导体的多声子拉曼谱267

6.6　反斯托克斯拉曼谱271

6.6.1　碳纳米管斯托克斯普适特征的“反常”271

6.6.2　碳纳米管斯托克斯普适特征的“反常”的根源273

参考文献275

第7章　激发光特性与低维纳米半导体拉曼光谱277

7.1　激发光波长改变的拉曼谱277

7.1.1　拉曼散射强度的共振增强277

7.1.2　拉曼散射频率的共振变化285

7.2　入射激光偏振改变的拉曼谱290

7.2.1　超晶格的偏振拉曼谱291

7.2.2　纳米材料292

7.3　入射激光强度改变的拉曼谱295

7.3.1　激光强度和温度296

7.3.2　低强度（功率密度）激光辐照297

7.3.3　高强度（功率密度）激光辐照304

参考文献308

第8章　样品尺寸、形状、成分和结构与低维纳米半导体拉曼光谱311

8.1　样品尺寸对低维拉曼光谱的影响311

8.1.1　尺寸对光谱频率的影响311

8.1.2　尺寸对偏振选择定则的影响323

8.2　样品形状对低维拉曼光谱的影响327

8.2.1　超晶格纵折叠声学（LA）声子328

8.2.2　限制光学声子328

8.3　样品成分和结构对低维拉曼光谱的影响329

8.3.1　组分的影响329

8.3.2　杂质的影响330

8.3.3　结构和缺陷的影响332

参考文献335

附录339

附录Ⅰ　激光器和激光线339

附录Ⅱ 标准谱线349

附录Ⅲ 晶体的结合及其极性和对称性结构354

附录Ⅳ 态密度与声子态密度358

附录Ⅴ 拉曼张量362

附录Ⅵ　波动方程的求解370

附录Ⅶ　关联和关联函数372

附录Ⅷ　第一性原理计算方法382

附录Ⅸ 普通晶体和典型半导体的布里渊区、振动模及其拉曼光谱385

附录Ⅹ 常用物理参数、常数和单位392

索引400