1 山东大学晶体材料国家重点实验室，山东 济南 250100
2 南京大学固体微结构物理国家重点实验室，江苏 南京 210093
电子-声子耦合效应是拓展固体激光波长的基本原理之一。本文梳理了固体激光发展的历史，以电子-声子耦合导致的荧光展宽和可调谐激光器为主线，总结了色心激光晶体、过渡金属激光晶体、稀土激光晶体三类典型固体激光材料的发展历程和研究现状。近年来，基于多声子耦合机制的稀土激光晶体迅速发展，首次实现了突破荧光光谱的激光输出，极大地拓展了激光波长范围，为全固态可调谐激光器设计提供了新方案。同时，基于功能复合与交互作用规律，研制了一系列低成本、高集成的多声子耦合自倍频激光器，波长覆盖了青-绿-黄-橙-红光波段，满足了激光显示、激光医疗等领域的重要急需，对全固态激光技术的发展具有重要意义。
激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2300001
1 吉林大学物理学院, 吉林 长春 130012
2 吉林大学分子酶学工程教育部重点实验室, 吉林 长春 130012
线性多烯分子具有高强度且信息丰富的共振拉曼光谱, 在生物学、 光电材料和医学等方面都有一定应用。 而含有共轭双键的短链β胡萝卜素分子是多烯分子中极具有代表性的分子。 在激发光作用下π电子与CC键振动相互作用影响着吸收光谱和拉曼光谱, 而共振拉曼效应和电子-声子耦合影响着共振拉曼光谱的强度、 频率和线型。 测量了β胡罗卜素分子在二氯乙烷中283~223 K温度范围内的紫外-可见吸收和共振拉曼光谱。 研究了共振效应和电子-声子耦合对吸收光谱和拉曼光谱的变化所起的作用。 获得随着温度的降低, 黄昆因子减小, 表明CC键的振动减弱, 分子体系能量减小, 吸收峰红移; 随着温度的降低, 分子有序性提高, 电子-声子耦合强度增加, 增强了电子能隙对CC键振动的调制作用, 拉曼模频率向低波数方向移动, 即拉曼光谱红移; 同时, 经过计算发现随着温度的降低, β胡萝卜素分子C—C和C=C的拉曼散射截面增加, 线宽变窄, 倍频与基频强度比增加。 对比和分析了共振效应和电子-声子耦合作用对拉曼光谱的拉曼散射截面、 线宽和倍频与基频强度比的影响。 虽然共振效应和电子-声子耦合作用在不同温度下对拉曼光谱都有一定影响, 但研究发现不同温度下共振效应对拉曼光谱的影响要大于电子-声子耦合, 且电子-声子耦合对谐波的影响更小。 这是由于随着温度的降低, 发生红移的紫外可见吸收光谱, 使拉曼光谱中514.5 nm激发光更接近00吸收峰, 明显的增强了分子的共振效应, 使其拉曼散射截面, 线宽, 倍频与基频强度比随温度有很大变化。 该研究对共振效应和电子-声子耦合的研究为研究温度对胡萝卜素等线性多烯分子性质的影响提供一定实验和理论依据。
线性多烯分子 共振拉曼光谱 黄昆因子 电子-声子耦合 Linear polymers Resonance Raman spectra Huang-Rhys Electron-phonon coupling
1 上海理工大学 理学院, 上海200093
2 上海市现代光学重点实验室, 上海200093
基于密度泛函理论下的广义梯度近似结合平面波赝势方法计算得到LuPO4晶体的缺陷形成能, 对带电缺陷与其镜像之间周期性库伦作用进行修正, 得到比较精确的不同带电态的氧空位缺陷形成能, 并利用杂化泛函方法修正带隙和带边.考虑电子声子耦合作用结合缺陷形成能构建光谱.对比LuPO4∶Nd的实验结果与计算结果, 发现F心的吸收峰与Nd3+的5d—4f发射峰重叠(位于189 nm), 表明LuPO4∶Nd中光产额较低的原因与F心的存在有密切关系.
第一性原理 LuPO4晶体 F心 电子声子耦合 FNV修正 First principles LuPO4 crystal F center Electron-phonon coupling FNV correction
1 吉林大学物理学院， 吉林 长春 130012
2 长春理工大学理学院， 吉林 长春 130022
3 吉林大学中日联谊医院， 吉林 长春 130033
共振拉曼光谱是研究线性多烯分子的主要分子光谱技术。 该技术完美地表征了π电子能隙对CC， C—C伸缩振动的调制规律。 这种调制是通过电子-声子耦合完成的。 改变外界环境， 能隙调制作用将受到影响。 测量了溶剂中β-胡萝卜素分子在温度、 压力、 溶剂效应、 相变等不同环境影响下的吸收光谱、 共振拉曼光谱， 研究了不同外场对π电子能隙调制CC， C—C伸缩振动的影响机理及规律。 结果表明， 在外场影响下， 体系的能量降低， π电子能隙（π—π*）减小会使调制增强。 即电子-声子耦合增强， 使拉曼强度增加， 谱线红移。 对理解共振拉曼物理过程， 认识线性多烯分子的结构， 性能有重要意义， 对研制优质光电器件也有参考价值。
线性多烯分子 电子能隙 共振拉曼光谱 电子-声子耦合 Linear polyene Electron band gap Electron-phonon coupling constant Resonance Raman spectra 光谱学与光谱分析
2018, 38(8): 2462
1 吉林大学物理学院, 吉林 长春 130012
2 吉林大学材料科学与工程学院, 吉林 长春 130012
3 吉林大学超硬材料国家重点实验室, 吉林 长春 130012
4 吉林大学中日联谊医院, 吉林 长春 130031
β胡萝卜素是典型的线性多稀分子, 重要的光电材料, 在医学上也有重要的作用, 研究它在外场作用下分子结构和性能的变化及机理有很重要的理论和应用价值。 分别测量了β胡萝卜素在二甲基亚砜中温度为81～25 ℃范围和β胡萝卜素在二硫化碳中压力为0.04～0.60 GPa范围的紫外-可见吸收和共振拉曼光谱。 发现了两种不同的的光谱现象, 随温度降低, 二甲基亚砜中的β胡萝卜素分子的紫外-可见吸收、 拉曼光谱都红移, 拉曼散射截面增大; 而随压强增加二硫化碳中β胡萝卜素分子的紫外-可见吸收峰也红移, 但拉曼散射峰却蓝移, 拉曼散射截面减小。 两种实验现象不能同时用线性多烯分子的“有效共轭长度”“弱阻尼相干振动”等理论模型给予明了解释。 电子—声子耦合常数, 可以表征分子中的原子和电子在外界环境作用下的相互振动耦合程度的强弱。 该研究依据电子—振动相互作用规律, 通过分析和计算得出结论: 二种实验现象都是π电子与碳碳键振动相互作用产生的, 即由于温度、 压力作用对β胡萝卜素分子结构及电子—振动耦合影响不同, 引起电子-声子耦合常数不同, 是电子能隙对碳碳振动的调制作用而产生的两种实验结果。
线性多稀分子: 电子—声子耦合: 电子能隙 Polymer molecule Electron-phonon coupling Energy gap 光谱学与光谱分析
2016, 36(11): 3455
1 吉林大学 物理学院， 吉林 长春 130012
2 吉林大学 中日联谊医院， 吉林 长春 130033
测量了β-胡萝卜素溶解在环己醇中65~2 ℃范围内的紫外-可见吸收与共振拉曼光谱。溶液在20 ℃时转为固态。随着温度的降低，相变时吸收光谱产生较大蓝移。虽然相变后吸收光谱、拉曼光谱仍红移，拉曼散射截面仍增加，拉曼谱带线宽仍减小，但相变后的光谱随温度的变化却大幅增加。这主要是由于固相中的β胡萝卜素分子的π电子能隙对碳碳键振动调制作用增强所致。文中对这些物理现象给予了解释。
β胡萝卜素 拉曼散射截面 电子-声子耦合 all-trans-β-carotene RSCS electron-phonon coupling
1 吉林大学超硬材料国家重点实验室, 吉林 长春130012
2 吉林大学物理学院, 吉林 长春130012
电子-声子耦合常数不仅可以反映出分子中π电子离域程度的强弱, 有效共轭长度的大小, 同时也可以表征分子中的原子和电子在外界环境作用下的相互振动耦合程度的强弱。 在一些研究中电子-声子耦合常数被定义为无量纲的系数。 应用R.Tubino等引用的一种有量纲的电子-声子耦合常数, 建立其与黄昆因子的关系式, 进而可以计算出共轭键中单个振动模的数值。 压强对多烯分子吸收光谱、 拉曼光谱频移影响的研究已有报道, 但对拉曼散射截面、 黄昆因子、 电子-声子耦合常数的研究还没有报道。 测量了β胡萝卜素分子在二硫化碳溶液中0.04～0.60 GPa的压强范围内的紫外-可见吸收光谱和共振拉曼光谱。 实验结果表明, 随着压强的增加, CS2溶液中的β胡萝卜素分子的紫外-可见吸收光谱的吸收带发生明显的红移现象, 而拉曼光谱的特征谱线却发生蓝移的现象, 拉曼散射截面减小, 电子-声子耦合常数增加。 其机理是随着压强的增加, β胡萝卜素分子被压缩又结构有序性下降, 导致电子能隙变窄, 有效共轭长度变短, π电子离域范围减小, 拉曼散射截面减小, 黄昆因子、 电子-声子耦合常数增加。
β胡萝卜素 黄昆因子 电子-声子耦合常数 All-trans-βcarotene Huang-Rhys factor Electron-phonon coupling constants 光谱学与光谱分析
2014, 34(5): 1302
1 吉林大学 超硬材料国家重点实验室, 吉林 长春130012
2 吉林大学 物理学院, 吉林 长春130012
引用一种带有量纲的电子-声子相互作用常数, 很容易建立它与黄昆因子的关系式, 进而计算出类胡萝卜素分子每个碳碳振动模的电子-声子耦合常数。测量了β胡萝卜素分子在极性溶剂1, 2-二氯乙烷和非极性溶剂环己烷中20～60 ℃的温度范围内紫外-可见吸收光谱和共振拉曼光谱。结果表明, 在极性溶剂1, 2-二氯乙烷中,β胡萝卜素分子的碳碳键拉曼散射截面小,黄昆因子、电子-声子耦合数比非极性溶剂中大。为了解释这种现象, 我们引入线性多烯分子的两种模型, 即F A C Oliveria引入的有效共轭长度模型和D Yu Paraschuk提出的相干弱阻尼电子-晶格振动模型。
黄昆因子 电子-声子耦合系数 线性多烯 Huang-Ryes factor electron-phonon coupling constant linear polyenes
1 吉林大学超硬材料国家重点实验室, 物理学院, 吉林 长春130012
2 吉林大学第二医院, 吉林 长春130041
β-胡萝卜素具有光采集、 光防护功能, 又是重要的光电材料, 它在外场下的分子结构和性能变化既有理论意义也有应用价值。 测量了β-胡萝卜素在环己醇中68～26 ℃温度范围内的紫外-可见吸收、 拉曼光谱。 实验结果表明随着温度的降低, 黄琨因子和碳碳键每个振动模的电子-声子耦合常数减小, 紫外-可见吸收光谱红移, 碳碳键拉曼散射截面增加。 用线性链状多烯分子的“相干弱阻尼电子-晶格振动模型”、 “有效共轭长度模型”等理论给予了解释。 随着温度的降低, β-胡萝卜素分子的热无序减小, 分子结构有序性增加, π电子离域扩展, 有效共轭长度增加, 导致紫外-可见吸收光谱红移和强的拉曼活性。 相干弱阻尼电子-晶格振动增强, 使碳碳键拉曼散射截面增加。 引用带有量纲的电子-声子相互作用常数, 既可以与黄昆因子建立关系式, 计算出碳碳键每个振动模的数值, 也可以表征分子的有效共轭长度, π电子离域程度及拉曼散射截面的大小等。
β-胡萝卜素 黄琨因子 电子-声子耦合常数 All-trans-β-carotene Huang-Ryes factor Electron-phonon coupling constant 光谱学与光谱分析
2013, 33(9): 2311
