Гармоническая генерация

Генерация гармоник ( HG , также называемая генерацией множественных гармоник ) — это нелинейный оптический процесс, в котором фотоны с одинаковой частотой взаимодействуют с нелинейным материалом, «объединяются» и генерируют новый фотон с энергией, в несколько раз превышающей энергию исходных фотонов (эквивалентно: умноженное на частоту и длину волны, разделенное на ). $п$ $п$ $п$ $п$

Общий процесс

В среде, имеющей значительную нелинейную восприимчивость , возможна генерация гармоник. Заметим, что для четных порядков ( ) среда не должна иметь центра симметрии (нецентросимметрична). ^[1] $n=2,4,\dots$

Поскольку процесс требует, чтобы много фотонов присутствовало одновременно и в одном и том же месте, вероятность возникновения процесса генерации мала, и эта вероятность уменьшается с порядком . Для эффективной генерации симметрия среды должна позволять усиливать сигнал ( например, посредством фазового согласования ), а источник света должен быть интенсивным и хорошо контролируемым в пространстве (с помощью коллимированного лазера ) и во времени (больше сигнала, если лазер имеет короткие импульсы). ^[2] $п$

Генерация суммарной частоты (SFG)

Особый случай, когда число фотонов во взаимодействии равно , но с двумя разными фотонами на частотах и . $n=2$ $\omega _{1}$ $\omega _{2}$

Генерация второй гармоники (ГВГ)

Особый случай, когда число фотонов во взаимодействии равно . Это также особый случай генерации суммарной частоты, при котором оба фотона имеют одинаковую частоту . $n=2$ ${\ displaystyle \ омега }$

Генерация третьей гармоники (ГТГ)

Особый случай, когда число фотонов во взаимодействии равно , если все фотоны имеют одинаковую частоту . Если они имеют разную частоту, предпочтительным является общий термин четырехволнового смешения . Этот процесс включает в себя нелинейную восприимчивость 3-го порядка . ^[3] $n=3$ ${\ displaystyle \ омега }$ $\chi ^{(3)}$

В отличие от ГВГ, это объемный процесс ^[4] и был показан в жидкостях. ^[5] Однако он улучшен в интерфейсах. ^[6]

Материалы, используемые для THG

Нелинейные кристаллы, такие как BBO (β-BaB ₂ O ₄ ) или LBO, могут конвертировать THG, в противном случае THG может генерироваться из мембран при микроскопии. ^[7]

Генерация четвертой гармоники (FHG или 4HG)

Особый случай, когда число взаимодействующих фотонов равно . Примерно в 2000 году сообщалось ^[8] , что мощные лазеры теперь позволяют эффективно использовать FHG. В этом процессе задействована нелинейная восприимчивость четвертого порядка . $n=4$ $\chi ^{(4)}$

Материалы, используемые для ФХГ

Некоторые BBO (β-BaB ₂ O ₄ ) используются для FHG. ^[9]

Генерация гармоник для н > 4 {\displaystyle n>4}

Генерация гармоник для (5HG) или более теоретически возможна, но для взаимодействия требуется очень большое количество фотонов, и поэтому вероятность его возникновения мала: сигнал на более высоких гармониках будет очень низким и требует очень интенсивных лазеров. генерируется. Для генерации высоких гармоник (типа и т. д.) можно использовать существенно другой процесс генерации высоких гармоник . $n=5$ $n=30$

Источники

Бойд, RW (2007). Нелинейная оптика (третье изд.). Эльзевир. ISBN 9780123694706.
Сазерленд, Ричард Л. (2003). Справочник по нелинейной оптике (2-е изд.). ЦРК Пресс. ISBN 9780824742430.
Хехт, Юджин (2002). Оптика (4-е изд.). Аддисон-Уэсли. ISBN 978-0805385663.
Зернике, Фриц; Середина зимы, Джон Э. (2006). Прикладная нелинейная оптика. Дуврские публикации. ISBN 978-0486453606.