基本介紹
- 中文名：光吸收
- 外文名：Optical absorption,light absorption
- 領域：固體光吸收
光吸收過程,吸收光譜,光吸收,研究意義,
光吸收過程
一般來說，半導體材料在不同的程度上具備電介質和金屬材料的全部光學特性。當半導體材料從外界以某種形式（如光、電等）吸收能量，則其電子將從基態被激發到激發態，即光吸收。而處於激發態的電子會自發或受激再從激發態躍遷到基態，並將吸收的能量以光的形式輻射出來（輻射複合），即發光；當然也可以無輻射的形式如發熱將吸收的能量發散出來（無輻射複合）。圖4是材料中可能出現的吸收光譜示意圖。對應不同的物理過程有不同的吸收光譜。材料的光吸收區主要可以劃分為六個區。
1)基本吸收區：譜範圍在紫外－可見光－近紅外光。電子從價帶躍遷到導帶引起光的強吸收，吸收係數很高，常伴隨可以遷移的電子和空穴，出現光電導。
2)吸收邊緣界限：電子躍遷跨越的最小能量間隙，其中對於非金屬材料，還常伴隨激子（受激電子和空穴互相束縛而結合在一起成為一個新的系統—激子）的吸收而產生精細光譜線。
3)自由載流子吸收：導帶中電子或價帶中空穴在同一帶中吸收光子能量所引起的，它可以擴展到整個紅外甚至擴展到微波波段，顯然吸收係數是電子（空穴）的濃度的函式，金屬材料載流子濃度較高，因而這一區吸收譜線強度很大，甚至掩蓋其它吸收區光譜。
4)晶體振動引起的吸收：入射光子和晶格振動（聲子）相互作用引起的，波長在20～50 mm。
5)雜質吸收：雜質在本徵能帶結構中引入淺能級，電離能在0.01 eV左右，只有在低溫下易被觀察到。（為什麼？）
6)自旋波或迴旋共振吸收：自旋波量子、迴旋共振與入射光產生作用，能量更低，波長更長，達到mm量級。
吸收光譜
光的吸收對應著電子的躍遷.對於自由離子或與近鄰離子耦合不強的離子(如稀土離子)，吸收光譜是線譜，對應原子的分立能級.對於與晶格相互作用強的離子，它們的吸收光譜呈倒鐘形，寬度可達幾十納米。
這種吸收光譜稱為吸收帶(absorption band).當波長短到某一數值時，通常在紫外區或可見光區的短波部分，吸收係數迅速增大幾個數量級，對應著光子能量達到導帶最低點和價帶最高點的間隔，即禁頻寬度(帶隙). 吸收係數陡峭增大的波長(頻率)稱為吸收邊緣或吸收邊(absorption edge)。
通過吸收光譜的測量可以了解物質內部的能量狀態. 精確地測量吸收邊，可以得出帶隙的值。 從吸收光譜的形狀還可以區分出直接帶和間接帶. 由於間接帶間躍遷要有聲子參加，吸收不象直接帶那樣強.。吸收係數隨波長的變化就不那樣迅速. 激子具有類氫能級，其吸收光譜應在吸收邊附近，實驗證實了理論上的這些預言.稀土離子4f能級間的躍遷幾率可以通過吸收光譜線的積分面積來計算，從而可以估計出無輻射躍遷的幾率.用吸收方法測出的帶隙稱光學帶隙.
發光波段和吸收波段有時可能部分地重迭.在這種情況下，一個激活劑的發光有可能被另一個同類的激活劑所吸收.這叫做自吸收(self absorption). 當激活劑濃度足夠高時，自吸收會相當顯著.這時要正確地測量發光光譜就必須考慮自吸收所造成的畸變。
光吸收
納米材料光吸收
在對光吸收材料及其套用的研究中，基於納米光子學的技術是一個重要而且活躍的分支。諾貝爾物理學獎得主Richard Feynman在1959年美國物理學會會議上做了著名演講‘`There's plenty of Room at the Bottom"，宣告人類進入了“納米科技”的時代。自此，納米技術革命性地推動了科技領域的方方面面。納米光子學是納米技術與先進光子學相融合的新興學科，在納米尺度處理光與物質的相互作用，主要包括以下三個研究角度:輻射的納米級限制，物質的納米級限制，和納米級的光處理。
當材料結構的尺度不斷減小，光與物質間的相互作用將會呈現出新的特質，例如材料有效折射率的可操控性，局域場增強效應，以及可調的半導體材料帶隙等。在此基礎之上，納米結構材料可以實現獨特的光吸收性能，例如吸收效率的提高，局域的光熱轉化，吸收光譜的調節等。基於這些特性，納米結構材料一方面能夠提升或改善現有光吸收器件的性能另一方面能夠為其他領域的研究提供靈感.催生出新的套用，因此具有十分重要的研究價值。
研究意義
由於光吸收具有能量轉化和光譜選擇的本徵屬性，基於材料光吸收特性的技術在諸多領域有著重要套用，既包括太陽能電池，紅外探測、大氣環境監控等科技套用領域，也包括紫外防曬霜、太陽能熱水器、太陽鏡等日常套用領域。因此，提升材料的光吸收性能，發掘材料光吸收特性的套用潛能，有著重要的研究意義和實用價值。
