Генерация суммарной частоты

Описание экспериментальных методов с использованием генерации суммарной частоты см. в разделе «Спектроскопия генерации суммарной частоты» .

Генерация суммарной частоты ( SFG процесс второго порядка ) — это нелинейный оптический , основанный на смешивании двух входных фотонов на частотах $\omega _{1}$ и $\omega _{2}$ генерировать третий фотон на частоте $\omega _{3}$. Как и любой $\chi ^{(2)}$ оптическое явление в нелинейной оптике , оно может возникнуть только при условиях, когда: свет взаимодействует с материей, лишенной центросимметрии (например, поверхностями и границами раздела); свет имеет очень высокую интенсивность (обычно от импульсного лазера ). Генерация суммарной частоты - это «параметрический процесс», это означает, что фотоны удовлетворяют закону сохранения энергии, оставляя материю неизменной:

$\hbar \omega _{3}=\hbar \omega _{1}+\hbar \omega _{2}$

Генерация второй гармоники

Особым случаем генерации суммарной частоты является генерация второй гармоники , при которой $\omega _{1}=\omega _{2}$. Фактически в экспериментальной физике это наиболее распространенный тип генерации суммарной частоты. Это связано с тем, что при генерации второй гармоники требуется только один входной световой луч, но если $\omega _{1}\neq \omega _{2}$, потребуются два одновременных луча, организовать которые может быть сложнее. На практике термин «генерация суммарной частоты» обычно относится к менее распространенному случаю, когда $\omega _{1}\neq \omega _{2}$.

Синхронизация фаз

Чтобы генерация суммарной частоты происходила эффективно, фазового синхронизма : должны выполняться условия

$\hbar k_{3}\approx \hbar k_{1}+\hbar k_{2}$

где $k_{1},k_{2},k_{3}$ — угловые волновые числа трех волн при их прохождении через среду. (Обратите внимание, что уравнение напоминает уравнение сохранения импульса .) Поскольку это условие выполняется все более и более точно, генерация суммарной частоты становится все более эффективной.

Спектроскопия генерации суммарной частоты

В спектроскопии генерации суммарной частоты используются два лазерных луча, смешанные на границе раздела, для генерации выходного луча с частотой, равной сумме двух входных частот. Спектроскопия генерации суммарной частоты используется для анализа поверхностей и интерфейсов, неся дополнительную информацию для инфракрасной и рамановской спектроскопии .