Генерация второй оптической гармоники

---

Генерация второй гармоники (ГВГ) — нелинейно-оптический процесс, в котором фотоны с одинаковой частотой, взаимодействуя с нелинейным материалом, объединяются для формирования новых фотонов с удвоенной энергией, и, следовательно, с удвоенной частотой и длиной волны в половину меньшей начальной. Это частный случай нелинейного сложения частот излучения.

Генерация второй гармоники была впервые реализована Питером Франкеном, Хиллом, Петерсом и Вайнрайхом в Университете Мичигана, Анн-Арборе, в 1961 году.^[1] Реализация стала возможной благодаря изобретению лазера, который создал необходимую высокую интенсивность монохроматического излучения. В этом опыте излучение, генерируемое рубиновым лазером, фокусировалось в кристалл кварца. Выходное излучение разворачивали в спектр при помощи дисперсионной призмы и фокусировали на фотопластинку. В результате можно было наблюдать, что помимо света на частоте лазера из кристалла выходило излучение на длине волны 347 нм. Это и была вторая гармоника. Позже эксперименты по ГВГ повторили Джордмейн^[2], Мейкер и др^[3]., Миллер и Сейвидж и др^[4].

Уравнение для частотной компоненты поля с частотой ${\displaystyle \omega _{n}}$ может быть записано как^[5]

где ${\displaystyle \varepsilon \left(\omega _{n}\right)}$ — диэлектрическая проницаемость материала на частоте ${\displaystyle \omega _{n}}$.

Рассмотрим общий случай генерации суммарной частоты ${\displaystyle \omega _{3}}$ двумя волнами с частотами ${\displaystyle \omega _{1}}$ и ${\displaystyle \omega _{2}}$. Генерация второй гармоники — частный случай при ${\displaystyle \omega _{1}=\omega _{2}=\omega }$, ${\displaystyle \omega _{3}=\omega _{1}+\omega _{2}=2\omega }$. Будем считать, что волна распространяется в направлении z, и векторные величины можно заменить скалярными.

---