目 录
前言
主要符号表
第1章 绪论 1
1.1光散射技术和研究的历史发展 1
1.2光散射的分类 6
1.2.1光散射公式 6
1.2.2反射，折射和散射 6
1.2.3光散射的分类 7
1.3瑞利散射，米散射和动态光散射 8
1.3.1瑞利散射 8
1.3.2米散射 9
1.3.3动态光散射 9
1.4布里渊散射 9
1.5拉曼散射 11
1.6汤姆孙散射 12
1.7康普顿散射 14
1.8光散射技术的应用 15
参考文献 17
第2章 光散射理论 20
2.1光散射截而 20
2.1.1光散射截面 20
2.1.2微分散射截而 21
2.1.3原子散射截面 22
2.1.4斯托克斯和反斯托克斯散射截面关系 25
2.1.5原子散射截而与入射频率的火系 26
2.2光散射频谱——斯托克斯和反斯托克斯频区 28
2.2.1电磁辐射谱 28
2.2.2光散射谱的分布 29
2.2.3光散射频谱范围和能量单位的转挨关系 29
2.2.4斯托克斯和反斯托克斯频区 30
2.3光散射谱研究的布里渊区范围和频谱问隙 31
2.3.1光散射研究的布罩渊区范围 31
2.3.2光散射谱的频谱问隙 32
2.4光散射谱的基本参量和偏振特性 33
2.4.1光散射谱的基本参量 33
2.4.2光散射谱的偏振特性和退偏度 34
2.5光散射，中子散射和X射线散射比较 36
2.6光散射的经典理论 37
2.6.1电子的极化 38
2.6.2介质的极化 38
2.6.3分子极化的经典光散射 40
2.7光散射的量子理论 41
2.7.1原子的辐射和吸收 42
2.7.2原子和辐射场的相互作用 43
2.7.3电子在辐射场中的相互作用_A2和p-A项对光散射的贡献 44
2.7.4单电子原子跃迁概率 46
2.7.5感应辐射跃迁和多电子跃迁 48
2.7.6电磁场的量子化和矢量势的驻波，行波表示 50
2.7.7散射算符（散射矩阵） 55
2.7.8瑞利散射的跃迁概率和散射图形规则 56
2.7.9拉曼散肘的量子理论和图形规则 60
2.8多声子光散射理论 64
2.8.1纳米晶中的光学声子 65
2.8.2纳米晶多声子拉曼散射理论 68
2.8.3 CdSe，PbS纳米晶多声子拉曼光谱 70
参考文献 73
第3章 分子对称性和光散射选择定则 75
3.1点群和空间群 75
3.1.1群的基本概念 75
3.1.2点群的对称操作 76
3.1.3对称操作之间的关系 78
3.1.4空问群 79
3.2点群的分类和所属点群分子 80
3.2.1 Ci，Cs和Ci非轴向群 80
3.2.2 Cn, Cnh,G。群 80
3.2.3 D群 82
3.2.4 Coo。和D曲线性群 83
3.2.5 Sn群 83
3.2.6 TiTd和死群 84
3.2.7 0h和0群 84
3.2.8 和Ih群 85
3.2.9所属点群的分子表列 86
3.3点群符号表示和对称操作矩阵表示 88
3.3.1点群符号的熊夫利表示和国际表示 88
3.3.2点群对称操作作用在分子局部原子上的矩阵表示 89
3.3.3点群对称操作作用在分子所有原子上的矩阵表示 91
3.4群的可约不可约表示和直积表示 95
3.4.1群对称类型的表示法（贝特和码利肯表示法） 95
3.4.2马利肯一贝特表示之间的对应关系 95
3.4.3群对称类型（一维至五维）不可约表示和正则振动模 96
3.4.4不可约表示正则振动模的振动组态实例 97
3.4.5群的可约和不可约表示的矩阵形式 99
3.4.6群不町约表示的基本性质和方法 100
3.4.7群的特征标和四个区域的含义 102
3.4.8群的直积表示和操作 104
3.5简正振动及其正则模的求解 106
3.5.1简止振动方程 106
3.5.2简正振动正则模的求解 107
3.5.3正则模的求解实例 108
3.6光散射的选择定则 113
3.6.1单电子原子的跃迁 113
3.6.2拉曼光谱和红外光谱的选择定则 115
3.6.3-级振动拉曼光谱的选择定则 116
3.6.4二级和高级振动拉曼光谱的选择定则 116
3.6.5分子转动拉曼光谱的选择定则 117
参考文献 118
第4章 瑞利散射，米散射和动态光散射 120
4.1瑞利散射截面 120
4.1.1球形粒子的瑞利散射截面 120
4.1.2单个分子的瑞利散射截面 122
4.1.3双原子分子的瑞利散射 123
4.2共振瑞利散射 126
4.3超瑞利散射 127
4.3.1超瑞利散射分类 127
4.3.2时间分辨飞秒超瑞利散射 129
4.3.3玻色一爱因斯坦凝聚的超辐射瑞利散射 130
4.4受激瑞利散射 132
4.5米散射理论 134
4.5.1单粒子的米散射 134
4.5.2任意形状粒子的米散射 137
4.5.3球形粒子分布系综米散射光学性质 139
4.6时间分辨表而波米散射 141
4.7瑞利散射和米散射的应用实例 144
4.7.1超声风洞气体团簇的瑞利散射 144
4.7.2瑞利散射平面多普勒速度仪 145
4.7.3多波长瑞利一米散射椭网仪 145
4.8动态光散射 147
4.8.1闩相关函数 147
4.8.2光子相关谱仪 149
4.8.3粒子扩散系数和粒径测定 150
4.8.4电泳光散射 152
4.8.5动态光散射应用 1 52
参考文献 152
第5章 布里渊散射 155
5.1布里渊散射理论 155
5.2液体和固体的布里渊散射 158
5.2.1液体介质的布里渊散射 158
5.2.2几类材料布里渊散射的附加极化 161
5.3弹性性质和弛豫过程 162
5.3.1弹性常量和声速 162
5.3.2弛豫过程的布里渊光谱 164
5.3.3薄膜的散射几何和体模表面模的波矢速度关系 165
5.4布里渊散射实验系统 166
5.4.1单通布里渊散射实验系统 166
5.4.2法布里一珀罗下涉仪工作原理 167
5.4.3柑里渊散射基本参量（白由谱范围，对比度，锐度）和F—P镜经验选择 170
5.5多通和串接布里渊光谱仪 172
5.5.1布里渊光谱仪分类 172
5.5.2多通串接布里渊光谱仪 172
5.5.3磁性膜时间一空间分辨布里渊光谱仪系统 174
5.6共振布里渊散射 176
5.7受激布里渊散射 177
5.7.1受激布里渊散射压力波 177
5.7.2液体受激布里渊散射 178
5.7.3几类材料的受激布罩渊散射性质 179
5.7.4光纤受激布里渊散射 180
5.7.5受激布里渊散射的应用 181
5.8相干瑞利一布里渊散射 184
参考文献 188
第6章 拉曼散射 190
6.1原子分子基团振动模和品格振动模 190
6.1.1碳氢原子分子振动模 190
6.1.2基团振动模 191
6.1.3气体的拉曼频率 192
6.1.4有机化合物拉曼振动模 193
6.1.5吊格振动模 194
6.1.6控曼光谱和红外光谱的比较 195
6.2拉曼张量 196
6.2.1拉曼张量表示 196
6.2.2拉曼模张量表示和多晶粉末材料积分拉曼强度计算 199
6.2.3七个品系的拉曼张量和二级极化率 201
6.2.4如何运用拉曼张量确定晶体正则振动模 203
6.3一级和二级拉曼散射 205
6.3.1-级拉曼散射图形规则 205
6.3.2二级拉曼散射线型谱和连续谱 206
6.3.3二级拉曼谱的色散关系和态密度 208
6.3.4如何区分一级和二级拉曼谱 209
6.4白发拉曼散射 210
6.5傅里叶变换拉曼散射 21 1
6.5.1傅里叶变换基本原理 211
6.5.2干涉仪及其工作原理 212
6.5.3单通道傅罩叶变换拉曼光谱仪 214
6.5.4多通道傅里叶变换拉曼光谱仪 215
6.6共振拉曼散射和紫外共振拉曼散射 216
6.6.1共振拉曼散射原理 216
6.6.2共振拉曼和瞬态共振拉曼光谱 218
6.6.3紫外和紫外共振拉曼光谱 219
6.7共焦拉曼成像和近场光学拉曼光谱 221
6.7.1共焦成像拉曼光谱 221
6.7.2近场光学拉曼光谱--工作模式和应用 - 222
6.8黄昆方程和LST关系 225
6.9极化声子拉曼散射和负折射率极化声子色散 227
6.9.1不同品系的极化声子色散特性 228
6.9.2GaP和Zn0的极化声子散射 228
6.9.3SrTi03同位素替代的极化声子谱 229
6.9.4负折射率极化声子色散 230
6.10声子相互作用的方诺效应和费米共振 230
6.10.1AIP04声子的费米共振 231
6.10.2 BaTi0?，SrTi03声子的方诺效应 231
6.10.3压力下同位素替代酌声子费米共振 231
6.10.4库仑修正的方诺共振 232
参考文献 233
第7章 光散射光源、检测装置和测量技术 237
7.1激光器谐振腔几何和场模组态 237
7.1.1受激辐射火系 237
7.1.2谱线宽度 239
7.1.3场模组态 241
7.1.4谐振腔几何组态 243
7.2气体、液体和固体激光器 244
7.2.1气体离子和金属蒸气激光器 244
7.2.2崮体激光器 250
7.2.3液体激光器——染料激光器和染料 253
7.3特殊激光器 255
7.3.1向南电子激光器 255
7.3.2白旋反转拉曼激光器 257
7.3.3色心（F心）激光器 258
7.4光栅和陷波滤波器 259
7.4.1光栅单色仪 259
7.4.2陷波滤波器 260
7.5单通道光电倍增管和多通道光电转换器件 262
7.5.1光电倍增管 262
7.5.2多通道光电转换器件(SIT，PDA，CID，CCD) 262
7.6光散射组态和压力温度下光散射谱测量 266
7.6.1光散射的组态和波矢关系 266
7.6.2压力下光散射谱的测量 267
7.6.3高低温下光散射谱测量 268
参考文献 269
第8章 超快过程和非线性拉曼散射 272
8.1激光脉冲超快过程 272
8.1.1超快过程的历史发展 272
8.1.2超快过程的重要技术--脉冲调Q锁模和压缩 274
8.1.3超快过程的应用 276
8.2非线性（相干）拉曼散射 277
8.2.1光学非线性过程 277
8.2.2非线性（相干）拉曼散射过程和分类 278
8.3纳秒，皮秒时间分辨拉曼光谱 279
8.3.1纳秒时间务辨拉曼光谱 280
8.3.2皮秒时间分辨拉曼光谱 281
8.4飞秒时域泵浦一探测光谱学 283
8.4.1掺钛蓝宝石琶秒激发光源 283
8.4.2泵浦一探测瞬态光谱 284
8.4.3时问分辨瞬态光栅光谱 285
8.4.4泵浦一相干反斯托克斯时间分辨拉曼光谱 287
8.5受激拉曼散射 289
8.5.1受激拉曼散射基本理论 289
8.5.2受激拉曼散射的贝塞尔束泵浦 290
8.5.3受激拉曼效应的拉曼介质 294
8.5.4受激拉曼增益光谱和受激拉曼损失光谱 296
8.5.5飞秒受激拉曼增益光谱 297
8.5.6光声拉曼光谱 299
8.6超拉曼散射 300
8.6.1超拉曼散射的原理 300
8.6.2三光子激发超拉曼散射 302
8.7相干反斯托克斯拉曼散射 303
8.7.1相干反斯托克斯拉曼散射(CARS) 304
8.7.2相干反斯托克斯椭偏(CARE) 306
8.7.3ASTERISK相干拉曼技术 307
8.7.4拉曼感应克尔效应光谱(RIKES) 308
8.7.5光学外差拉曼感应克尔效应光谱(OHD-RIKES) 309
8.8相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微镜 3 10
8.8.1CARS显微镜的模式 311
8.8.2CARS显微镜的基本理论 312
8.8.3CARS显微镜的工作原理 313
8.8.4时间分辨CARS显微镜(T—CARS) 314
参考文献 317
第9章 相变和声子特性 322
9.1相变研究的历史和分类 322
9.2相变的级数和序参量 325
9.2.1-级相变 325
9.2.2二级相变 326
9.2.3高级相变 326
9.2.4相变序参量 326
9.3热释电，压电，铁电，反铁电，铁畸，反铁畸，本征和非本征铁电 327
9.3.1热释电 327
9.3.2压电 328
9.3.3铁电和反铁电 328
9.3.4铁畸和反铁畸 330
9.3.5本征和非本征铁电 330
9.4朗道相变理论 330
9.4.1相变和对称性 330
9.4.2相变序参量 330
9.4.3朗道二级相变理论 331
9.5位移型相变 332
9.5.1软模相变宏观理论 332
9.5.2软模相变微观理论 335
9.5.3位移型相变实例 337
9.6有序一无序相变 339
9.7铌酸锂和钽酸镡的混合型相变 341
9.8准弹性散射和中心峰 344
9.9无公度体系元激发和热力学理论 346
9.9.1无公度元激发--振幅子和相位子 346
9.9.2无公度相变热力学理论和孤立子模型 347
9.9.3位移型无公度体系元激发的位移型特性 349
9.9.4有序一无序型无公度体系的心变一序参量相互作用 350
9.10铌酸钡钠晶体无公度相变的布里渊散射 351
9.11量子顺电体的布里渊散射 353
9.12低原子序数材料压力相变的拉曼散射 354
参考文献 356
第1 0章 高温超导体的结构和声子特性 359
10.1高温超导的发展及其应用 359
10.2超导材料的基本参量和效应 364
10.2.1零电阻和迈斯纳效应 364
10.2.2第一类和第二类超导体 364
10.2.3超导能隙 365
10.2.4伦敦方程，相干长度和穿透深度 365
10.2.5超导体的同位素放应 367
10.3高温超导体的结构特性和振动谱计算 369
10.3.1高温超导体的晶格结构 369
10.3.2高温超导体的振动对称性 375
10.3.3高温超导体的晶格振动和拉曼谱计算 376
10.4YBaCu0超导体的拉曼光谱和相关特性 376
10.4.1YBa2Cu307-b的拉曼散射 376
10.4.2声子频率和氧浓度、压力关系 377
10.4.3掺杂电荷再分布和相干峰的载流子浓度效应 378
10.5高温超导体的结构相变和无公度特性 380
10.5.1YBa2Cu307_a超导体的结构相变 381
10.5.2Bi系和Hg系超导体的结构相变 383
1 0.5.3 BiSrCaCu0超导体的无公度结构 383
10.6高温超导体的能隙，声子自能和声子反常效应 383
10.6.1YBaCu0能隙，声子白能和声子反常特性 384
10.6.2BiSrCaCu0超导体的极化拉曼光谱 386
10.6.3BiSrCaCu0声子白能和声子反常 387
10.7电子拉曼散射和双磁振子拉曼散射 391
10.7.1YBa2Cu307_a超导：体电子拉曼散射、能隙和方诺效应 391
10.7.2Bi系铜氧化物超导体的电子拉曼散射和双磁振子拉曼散射 393
10.7.3TIBaCaCu0超导体的电子拉曼光谱和能隙 395
10.7.4 Hg系高温超导体的电子拉曼散射、声子相互作用和压力效应 397
10.8新型的不含铜超导体的结构和声子特性 401
10.8.1C36超导体 401
10.8.2 W03不含铜氧化物的超导体 402
10.8.3钙钛矿型MgCNi3超导体 403
10.8.4 MgB2超导体 403
参考文献 406
第1 1章 半导体材料的光散射 411
1¨半导体晶体的拉曼光谱 411
11.1.1单晶硅和多品硅膜的拉曼光谱 411
11.1.2单晶硅和GaAs的色散曲线 412
11.1.3GaN掺杂半导体的拉晏光谱 413
11.1.4合金半导体振动谱和异质结界面振动拉曼光谱 414
11.2自由载流子运动方程及其浓度的拉曼光谱研究 416
11.2.1F1南载流子运动方程 416
11.2.2拉曼光谱测量载流子浓度 417
11.3纳米结构半导体的拉曼散射 418
11.3.1Ge纳米晶的拉曼光谱 418
11.3.2Si纳米线的光学声子限制效应 420
11.3.3Si纳米品的声学声子限制效应 422
11.3.4GaAs纳米线的拉曼光谱 424
11.4半导体一金属界而声子的拉曼光谱 424
11.5纳米结构自旋反转拉曼散射和声学声子拉曼散射 427
11.6半导体微腔的光散射 431
11.6.1半导体微腔的拉曼散射 431
11.6.2半导体微腔的共振瑞利散射(MCRRS) 432
11.7半导体超品格和量子阱的拉曼散射 435
11.7.1 Gex/Sii-x应变层超品格拉曼散射 436
11.7.2ZnSe/ZnS，Sel_x应变层超品格的拉曼散射 439
11.7.3 InSb/lni_xA1。Sb超晶格的共振拉曼散射 442
参考文献 445
第1 2章 表面增强拉曼光谱学 450
12.1表而增强拉曼散射概况 450
12.1.1发展简史 450
12.1.2SERS和常规拉曼散射的比较 451
12.1.3SERS的吸附分子和衬底 452
12.1.4SERS的理论研究 453
12.2SERS经典电磁增强 453
12.2.1单粒子共振模型 455
12.2.2双粒子相互作用模型 458
12.2.3集体共振模型 459
12.3SERS的电荷转移化学增强 462
12.3.1电荷注入金属和从金属抽出 463
12.3.2光子驱动共振电荷转移 464
12.3.3光滑表面的化学增强 466
12.4表面增强拉曼效应的活性衬底和测量技术 467
12.4.1SERS活性衬底系统 467
12.4.2SERS测量技术 468
12.5单分子、单纳米粒子表而增强拉曼散射和巨增强理论 470
12.5.1单分子和单纳米粒子表面增强拉晏光谱 470
12.5.2单分子表而增强拉曼散射理论 473
12.5.3单分子吸附在金属粒子集聚体的巨增强理论 474
12.6针尖增强近场拉曼散射 479
12.6.1针尖增强拉曼散射原理和针尖局域场增强 479
12.6.2针尖增强拉曼技术 480
12.6.3针尖增强拉曼技术的针尖制备 481
12.6.4胸腺嘧啶针尖增强拉曼散射 481
参考文献 483
第1 3章 聚合物和液晶的光散射 488
13.1聚合物的发展和分类 488
13.2聚合物振动性质 I491
13.2.1-维聚合物 491
13.2.2三维聚合物 493
13.2.3无序聚合物 494
13.3聚合物的静态和动态光散射 495
13.3.1静态和动态光散射的基本原理 495
13.3.2生物聚合物的动态光散射 496
13.4聚合物薄膜纳米结构的布里渊散射和拉曼散射 499
13.4.1聚合物纳米薄膜的布罩渊散射 499
13.4.2聚合物膜的时间分辨拉曼光谱 5 01
13.4.3聚合物一碳纳米管拉曼光谱 502
13.5玻璃相变和声子弛豫 503
13.5.1聚合物薄膜玻璃相变的拉曼光谱 503
13.5.2玻璃相变和声子弛豫的布罩渊光谱 505
13.6光散射在聚合物其他研究方面的应用 506
13.6.1分子形态和链结构 506
13.6.2聚合物的反应机制 506
13.6.3聚合物的形态效应 507
13.6.4聚合物的拉伸和挤压效应 508
13.6.5共聚物成分的拉曼光谱测定 508
13.6.6其他效应的光散射研究 509
13.7液晶相分类，结构和对称性 509
13.7.1滚晶的分类和结构 509
13.7.2向列型液晶 51 1
13.7.3胆甾型液晶 512
13.7.4近晶型液晶 513
13.7.5六角相 514
13 .7.6蓝相 515
13.7.7重入相 516
13.7.8近品A多型和无公度相 517
13.8液晶的热力学和光散射理论 518
13.8.1电光效应 519
13.8.2红外吸收 519
13.8.3瑞利散射 519
13.8.4拉曼散射 519
13.9液晶取向序的拉曼散射研究 520
13.9.1液晶的取向序 520
13.9.2液品取向序的拉曼散射测量 521
13.9.3拉曼强度和取向序 522
13.10液晶相变和构象的拉曼光谱 523
13.10.180CB液品和二聚液晶相变 523
13.10.2MBOPDOB铁电液晶相变和构象变化 525
13.11液晶聚合物在电场下的弹陛光散射和非弹陛拉曼散射 529
参考文献 532
第14章 小颗粒、薄膜和一维纳米结构材料的光散射 537
14.1杂质、缺陷和包裹体的晶格振动 537
14.1.1局域模 537
14.1.2质量亏损效应 538
14.1.3共振模 539
14.1.4间隙模和带模 539
14.1.5掺杂的应力效应 540
14.1.6道森包裹体的拉曼光谱 541
14.1.7石英包裹体的拉曼光谱 542
14.2 C60的品格振动和拉曼光谱 543
14.2.1碳和石墨的拉曼光谱 543
14.2.2 C60的晶格振动和声子特性 543
14.2.3 C60的表面增强拉曼光谱 546
14.3碳纳米管的结构和声子特性 547
14.3.1碳纳米管类型 547
14.3.2碳纳米管的拉曼光谱和相关性能 548
14.3.3硼掺杂碳纳米晶簪的拉曼散射 550
14.3.4碳纳米管的针尖增强拉曼光谱 551
14.4纳米晶的尺寸效应、应变效应和声子限制效应 552
14.4.1三维至零维的电子态密度 552
14.4.2纳米品的声子限制模型和经验公式 553
14.4.3Ti02的相结构、声子限制效应和相变的尺寸效应 555
14.4.4Ce02纳米晶的不均匀应变效应 559
14.4.5 PbTi03超细纳米品相变的尺寸效应和铁电性弱化 561
14.5薄膜的尺寸、应力和电场效应 562
14.5.1PbTi03膜的铁电弱化、声子硬化和应力效应 562
14.5.2 KN03膜的铁电相的有限尺寸效应 566
14.5.3SrTi03薄膜一级拉曼散射的应变效应和软模硬化的电场效应 569
14.6磁性膜多层膜和铁磁线阵列布里渊散射 572
14.6.1磁性薄膜中静磁体模、表面模和白旋波的色散 572
14.6.2磁性膜多层膜的斫j里渊光谱 575
14.6.3铁磁线阵列白旋波激发布罩渊光谱 577
14.7-维纳米线、纳米管、纳米棒的声子和光谱学特性 580
14.7.1Sn01纳米线的拉曼声子谱和光致发光谱 580
14.7.2 PbTi03纳米棒的结构和声子软模特性 582
14.7.3BN和C掺杂BN纳米管的拉曼光谱和时间分辨发光光谱 584
参考文献 586
习题和思考题 593
附录 597
附录A 点群（包括晶体的32个点群）不可约表示的特征标表 597
附录B C60，手性碳纳米管，非手性靠背椅(，z，m)和非手性锯齿型(，z，0)碳纳米管点群的特征标表 613
附录C 材料的弹性常量 614
附录D 材料的顺度系数和刚度系数及其变换关系 616
附录E 材料的压电应变常数和压电应力常数 622
附录F 当前拉曼光谱仪和激光弹性光散射仪 625
附录G 铁电、反铁电材料及其居里温度 628
附录H 无公度相材料 634
附录I 超导材料的相干长度(0，穿透深度(AL)，成对特征温度(Tp)．相有序温度(To)，相变居里温度（瓦） 635
附录J 锗硅砷化镓半导体基本参量 637
附录K 四面体型和闪锌矿型半导体的有关物理参量 637