Harmonická generace - Harmonic generation - Wikipedia

N-ta harmonická generace

Harmonická generace (HG, také zvaný vícenásobná harmonická generace) je nelineární optický proces, ve kterém ${ displaystyle n}$ fotony se stejnou frekvencí interagují s nelineárním materiálem, jsou „kombinovány“ a generují nový foton s ${ displaystyle n}$ krát energie počátečních fotonů (ekvivalentně ${ displaystyle n}$ krát frekvence a vlnová délka děleno ${ displaystyle n}$).

Obecný proces

V médiu s podstatným nelineární náchylnost je možné generování harmonických. U sudých objednávek (${ displaystyle n = 2,4, dots}$), médium nesmí mít střed symetrie (necentrosymetrický).^[1]

Protože tento proces vyžaduje, aby bylo přítomno mnoho fotonů současně a na stejném místě, má generační proces nízkou pravděpodobnost výskytu a tato pravděpodobnost klesá s objednávkou ${ displaystyle n}$. Aby bylo možné generovat efektivně, musí symetrie média umožňovat zesílení signálu (skrz fázová shoda například) a zdroj světla musí být intenzivní a dobře kontrolovaný prostorově (s kolimací laser ) a dočasně (více signálu, pokud má laser krátké pulsy).^[2]

Generování součtové frekvence (SFG)

Zvláštní případ, kdy je počet fotonů v interakci ${ displaystyle n = 2}$, ale se dvěma různými fotony na frekvencích ${ displaystyle omega _ {1}}$ a ${ displaystyle omega _ {2}}$.

Druhá harmonická generace (SHG)

Zvláštní případ, kdy je počet fotonů v interakci ${ displaystyle n = 2}$. Také speciální případ generování součtové frekvence, kdy jsou oba fotony na stejné frekvenci ${ displaystyle omega}$.

Třetí harmonická generace (THG)

Zvláštní případ, kdy je počet fotonů v interakci ${ displaystyle n = 3}$, pokud mají všechny fotony stejnou frekvenci ${ displaystyle omega}$. Pokud mají různou frekvenci, obecný termín čtyřvlnné míchání je výhodné. Tento proces zahrnuje nelineární susceptibilitu 3. řádu ${ displaystyle chi ^ {(3)}}$.^[3]

Na rozdíl od SHG je to volumetrický proces^[4] a bylo prokázáno v kapalinách.^[5] Je však vylepšena na rozhraních.^[6]

Materiály použité pro THG

Nelineární krystaly jako BBO (β-BaB₂Ó₄) nebo LBO může převádět THG, jinak může být THG generován z membrán v mikroskopii.^[7]

Čtvrtá harmonická generace (FHG nebo 4HG)

Zvláštní případ, kdy je počet fotonů v interakci ${ displaystyle n = 4}$. Hlášeno kolem roku 2000,^[8] výkonné lasery nyní umožňují efektivní FHG. Tento proces zahrnuje nelineární susceptibilitu 4. řádu ${ displaystyle chi ^ {(4)}}$.

Materiály použité pro FHG

Nějaký BBO (β-BaB₂Ó₄) se používají pro FHG.^[9]

Harmonická generace pro ${ displaystyle n> 4}$

Harmonická generace pro ${ displaystyle n = 5}$ (5HG) nebo více je teoreticky možné, ale interakce vyžaduje k interakci velmi vysoký počet fotonů, a proto má nízkou pravděpodobnost, že k ní dojde: signál s vyššími harmonickými bude velmi nízký a vyžaduje generování velmi intenzivních laserů. Generovat vysoké harmonické (jako ${ displaystyle n = 30}$ a tak dále), podstatně odlišný proces vysoká harmonická generace může být použito.

Zdroje

• Boyd, R.W. (2007). Nelineární optika (třetí vydání). ISBN  9780123694706.
• Sutherland, Richard L. (2003). Příručka nelineární optiky (2. vyd.). ISBN  9780824742430.
• Hecht, Eugene (2002). Optika (4. vydání). Addison-Wesley. ISBN  978-0805385663.
• Zernike, Frits; Midwinter, John E. (2006). Aplikovaná nelineární optika. Dover Publications. ISBN  978-0486453606.

Viz také

• Nelineární optika
• Druhá harmonická generace
• Vysoce harmonická generace
• Multiplikátor optické frekvence

Reference