Гармоническая генерация

Генерация N-й гармоники

Генерация гармоник ( HG , также называемая генерацией множественных гармоник ) — это нелинейный оптический процесс, в котором $n$ фотоны одной и той же частоты взаимодействуют с нелинейным материалом, «объединяются» и порождают новый фотон с $n$ раз больше энергии первоначальных фотонов (эквивалентно, $n$ умноженное на частоту и длину волны , разделенное на $n$).

Общий процесс

В среде, имеющей значительную нелинейную восприимчивость , возможна генерация гармоник. Обратите внимание, что для четных заказов ( $n=2,4,\dots$), среда не должна иметь центра симметрии (нецентросимметрична).

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 $n$. Для эффективной генерации симметрия среды должна позволять усиливать сигнал ( посредством фазового согласования например, ), 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).

Генерация суммарной частоты (SFG)

Основная статья: Генерация суммарной частоты

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

Генерация второй гармоники (ГВГ)

Основная статья: Генерация второй гармоники

Частный случай, когда число фотонов во взаимодействии равно $n=2$. Также частный случай генерации суммарной частоты, при котором оба фотона имеют одинаковую частоту. $\omega$.

Генерация третьей гармоники (ГТГ)

Частный случай, когда число фотонов во взаимодействии равно $n=3$, если все фотоны имеют одинаковую частоту $\omega$. общий термин четырехволнового смешения Если они имеют разную частоту, предпочтительным является . В этом процессе задействована нелинейная восприимчивость 3-го порядка. $\chi ^{(3)}$.

В отличие от ГВГ, это объемный процесс. и было показано в жидкостях. Однако он улучшен в интерфейсах.

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.

Генерация четвертой гармоники (FHG или 4HG)

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

Материалы, используемые для ФХГ

Некоторые BBO (β-BaB ₂ O ₄ ) используются для FHG.

Генерация гармоник для $n>4$

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

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 .

См. также

• Нелинейная оптика
• Генерация второй гармоники
• Генерация высоких гармоник
• Оптический умножитель частоты