Гармоническая генерация - Harmonic generation - Wikipedia

Не путать с Генерация высоких гармоник или же Génération Harmonique.

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 (${\displaystyle n=2,4,\dots }$) 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)

Основная статья: Генерация суммарной частоты

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)

Основная статья: Генерация второй гармоники

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 ${\displaystyle \chi ^{(3)}}$.^[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. ${\displaystyle \chi ^{(4)}}$.

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

1. Бойд, Р. (2007). «Нелинейная оптическая восприимчивость». Нелинейная оптика (третье изд.). стр.1 –67. Дои:10.1016 / B978-0-12-369470-6.00001-0. ISBN  9780123694706.
2. Сазерленд, Ричард Л. (2003). Справочник по нелинейной оптике (2-е изд.). ISBN  9780824742430.
3. Бойд, Р. В. (2007). Нелинейная оптика (третье изд.). ISBN  9780123694706.
4. Моро, Лоран; Сандре, Оливье; Чарпак, Серж; Бланшар-Дес, Мирей; Мерц, Джером (2001). "Когерентное рассеяние в мультигармонической световой микроскопии". Биофизический журнал. 80 (3): 1568–1574. Bibcode:2001BpJ .... 80.1568M. Дои:10.1016 / S0006-3495 (01) 76129-2. ISSN  0006-3495. ЧВК  1301348. PMID  11222317.
5. Кайзар, Ф .; Мессье, Дж. (1985). «Генерация третьей гармоники в жидкостях». Физический обзор A. 32 (4): 2352–2363. Bibcode:1985ПхРвА..32.2352К. Дои:10.1103 / PhysRevA.32.2352. ISSN  0556-2791. PMID  9896350.
6. Ченг, Цзи-Синь; Се, X. Санни (2002). "Формулировка функции Грина для микроскопии генерации третьей гармоники". Журнал Оптического общества Америки B. 19 (7): 1604. Bibcode:2002JOSAB..19.1604C. Дои:10.1364 / JOSAB.19.001604. ISSN  0740-3224.
7. Павоне, Франческо С .; Кампаньола, Пол Дж. (2016). Визуализация второго поколения гармоник, 2-е издание. CRC Тейлор и Фрэнсис. ISBN  978-1-4398-4914-9.
8. Кодзима, Тецуо; Конно, Сусуму; Фудзикава, Шуичи; Ясуи, Кодзи; Ёсизава, Кендзи; Мори, Юсуке; Сасаки, Такатомо; Танака, Мицухиро; Окада, Юкикацу (2000). «Генерация ультрафиолетового луча мощностью 20 Вт с помощью генерации четвертой гармоники твердотельного лазера». Письма об оптике. 25 (1): 58–60. Bibcode:2000OptL ... 25 ... 58K. Дои:10.1364 / OL.25.000058. ISSN  0146-9592. PMID  18059781.
9. «BBO для FHG». raicol.com. Получено 2019-12-01.