Генерация гармоник ( HG , также называемая генерацией множественных гармоник ) - это нелинейный оптический процесс, в котором фотоны с одинаковой частотой взаимодействуют с нелинейным материалом, «комбинируются» и генерируют новый фотон с энергией, в несколько раз превышающей энергию исходных фотонов (эквивалентно, умноженное на частоту и длину волны, деленное на ).
Общий процесс [ править ]
В среде, обладающей значительной нелинейной восприимчивостью , возможна генерация гармоник. Обратите внимание, что для четных порядков ( ) среда не должна иметь центра симметрии (нецентросимметричный). [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 порядком . Для эффективной генерации симметрия среды должна позволять усиление сигнала (например, посредством фазового согласования ), а источник света должен быть интенсивным и хорошо контролируемым в пространстве (с коллимированным лазером ) и во времени (больше сигнала, если лазер имеет короткие импульсы). [2]
Генерация суммарной частоты (SFG) [ править ]
Частный случай, когда количество фотонов во взаимодействии равно , но с двумя разными фотонами на частотах и .
Генерация второй гармоники (ГВГ) [ править ]
Частный случай, когда количество фотонов во взаимодействии равно . Также частный случай генерации суммарной частоты, в которой оба фотона находятся на одной и той же частоте .
Генерация третьей гармоники (THG) [ править ]
Частный случай, когда количество фотонов во взаимодействии равно , если все фотоны имеют одинаковую частоту . Если они имеют разную частоту, предпочтительнее использовать общий термин четырехволнового смешения . Этот процесс включает нелинейную восприимчивость 3-го порядка . [3]
В отличие от ГВГ, это объемный процесс [4], который был продемонстрирован в жидкостях. [5] Однако он улучшен на интерфейсах. [6]
Материалы, использованные для THG [ править ]
Нелинейные кристаллы, такие как BBO (β-BaB 2 O 4 ) или LBO, могут преобразовывать THG, в противном случае THG можно получить из мембран в микроскопии. [7]
Генерация четвертой гармоники (FHG или 4HG) [ править ]
Частный случай, когда количество взаимодействующих фотонов равно . Сообщалось примерно в 2000 году [8], что мощные лазеры теперь обеспечивают эффективную ГПГ. Этот процесс включает нелинейную восприимчивость 4-го порядка .
Материалы, использованные для FHG [ править ]
Некоторое количество BBO (β-BaB 2 O 4 ) используется для FHG. [9]
Генерация гармоник для [ править ]
Генерация гармоник для (5HG) или более теоретически возможна, но для взаимодействия требуется очень большое количество фотонов, и поэтому вероятность его возникновения мала: сигнал на более высоких гармониках будет очень низким, и для этого потребуется очень интенсивное лазерное излучение. сгенерировано. Для генерации высоких гармоник (подобных и т. Д.) Можно использовать существенно иной процесс генерации высоких гармоник .
Источники [ править ]
- Бойд, RW (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.
См. Также [ править ]
- Нелинейная оптика
- Генерация второй гармоники
- Генерация высоких гармоник
- Оптический умножитель частоты
Ссылки [ править ]
- ^ Бойд, Р. (2007). «Нелинейная оптическая восприимчивость». Нелинейная оптика (третье изд.). С. 1 –67. DOI : 10.1016 / B978-0-12-369470-6.00001-0 . ISBN 9780123694706.
- ^ Сазерленд, Ричард Л. (2003). Справочник по нелинейной оптике (2-е изд.). ISBN 9780824742430.
- Перейти ↑ Boyd, RW (2007). Нелинейная оптика (третье изд.). ISBN 9780123694706.
- ^ 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 . DOI : 10.1016 / S0006-3495 (01) 76129-2 . ISSN 0006-3495 . PMC 1301348 . PMID 11222317 .
- ^ Kajzar, F .; Мессье, Дж. (1985). «Генерация третьей гармоники в жидкостях». Physical Review . 32 (4): 2352–2363. Bibcode : 1985PhRvA..32.2352K . DOI : 10.1103 / PhysRevA.32.2352 . ISSN 0556-2791 . PMID 9896350 .
- ^ Чэн, 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 . DOI : 10.1364 / JOSAB.19.001604 . ISSN 0740-3224 .
- ^ Павоне, Франческо S .; Кампаньола, Пол Дж. (2016). Визуализация второго поколения гармоник, 2-е издание . CRC Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-1-4398-4914-9.
- ↑ 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 . DOI : 10.1364 / OL.25.000058 . ISSN 0146-9592 . PMID 18059781 .
- ^ «BBO для FHG» . raicol.com . Проверено 1 декабря 2019 .