Генерация гармоник - Википедия - Harmonic generation

Генерация N-й гармоники

Гармоническая генерация (HG, также называемый генерация множественных гармоник) это нелинейно-оптический процесс, в котором ${ displaystyle n}$ фотоны с той же частотой взаимодействуют с нелинейным материалом, «объединяются» и генерируют новый фотон с ${ displaystyle n}$ умноженной на энергию исходных фотонов (эквивалентно ${ displaystyle n}$ раз частота и длина волны деленное на ${ displaystyle n}$).

Общий процесс

В среде, имеющей существенное нелинейная восприимчивость, возможна генерация гармоник. Обратите внимание, что для четных заказов (${ Displaystyle п = 2,4, точки}$) среда не должна иметь центра симметрии (нецентросимметрична).^[1]

Поскольку для этого процесса требуется, чтобы в одно и то же время и в одном месте присутствовало много фотонов, вероятность возникновения процесса генерации мала, и эта вероятность уменьшается с увеличением порядка ${ displaystyle n}$. Для эффективной генерации симметрия среды должна позволять усиление сигнала (через согласование фаз, например), а источник света должен быть интенсивным и хорошо управляемым в пространстве (с коллимированным лазер ) и временно (больше сигнала, если у лазера короткие импульсы).^[2]

Генерация суммарной частоты (SFG)

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

Генерация второй гармоники (ГВГ)

Частный случай, когда количество фотонов во взаимодействии равно ${ displaystyle n = 2}$. Также частный случай генерации суммарной частоты, в которой оба фотона находятся на одной и той же частоте. ${ displaystyle omega}$.

Генерация третьей гармоники (THG)

Частный случай, когда количество фотонов во взаимодействии равно ${ displaystyle n = 3}$, если все фотоны имеют одинаковую частоту ${ displaystyle omega}$. Если они имеют разную частоту, общий срок четырехволновое смешение является предпочтительным. Этот процесс включает нелинейную восприимчивость 3-го порядка ${ Displaystyle чи ^ {(3)}}$.^[3]

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

Материалы, используемые для THG

Нелинейные кристаллы, такие как BBO (β-BaB₂О₄) или же LBO может преобразовывать THG, иначе THG может быть получен из мембран в микроскопии.^[7]

Генерация четвертой гармоники (FHG или 4HG)

Частный случай, когда число взаимодействующих фотонов равно ${ displaystyle n = 4}$.Отмечено около 2000 года,^[8] мощные лазеры теперь обеспечивают эффективную ГПГ. В этом процессе задействована нелинейная восприимчивость 4-го порядка. ${ Displaystyle чи ^ {(4)}}$.

Материалы, используемые для FHG

Немного BBO (β-BaB₂О₄) используются для FHG.^[9]

Генерация гармоник для ${ displaystyle n> 4}$

Генерация гармоник для ${ displaystyle n = 5}$ (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 слабым и требует генерации очень мощных лазеров. Для генерации высоких гармоник (например, ${ displaystyle n = 30}$ и так далее), существенно иной процесс генерация высоких гармоник может быть использован.

Источники

• Бойд, Р. В. (2007). Нелинейная оптика (третье изд.). ISBN  9780123694706.
• Сазерленд, Ричард Л. (2003). Справочник по нелинейной оптике (2-е изд.). ISBN  9780824742430.
• Хехт, Юджин (2002). Оптика (4-е изд.). Эддисон-Уэсли. ISBN  978-0805385663.
• Зернике, Фриц; Midwinter, Джон Э. (2006). Прикладная нелинейная оптика. Dover Publications. ISBN  978-0486453606.

Смотрите также

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

Рекомендации