Generación de suma de frecuencias

Proceso óptico no lineal

La generación de suma de frecuencias ( SFG ) es un proceso óptico no lineal de segundo orden basado en la mezcla de dos fotones de entrada a frecuencias y en la generación de un tercer fotón a frecuencia . ^[1] Como ocurre con cualquier fenómeno óptico en óptica no lineal , esto solo puede ocurrir en condiciones en las que: la luz está interactuando con materia, que carece de centrosimetría (por ejemplo, superficies e interfaces); la luz tiene una intensidad muy alta (normalmente de un láser pulsado ). La generación de suma de frecuencias es un "proceso paramétrico", ^[2] lo que significa que los fotones satisfacen la conservación de energía, dejando la materia sin cambios: ${\displaystyle \omega _{1}}$ ${\displaystyle \omega _{2}}$ ${\displaystyle \omega _{3}}$ ${\displaystyle \chi ^{(2)}}$

${\displaystyle \hbar \omega _{3}=\hbar \omega _{1}+\hbar \omega _{2}}$

Generación de segundo armónico

Un caso especial de generación de suma de frecuencias es la generación de segundo armónico , en la que . De hecho, en física experimental, este es el tipo más común de generación de suma de frecuencias. Esto se debe a que en la generación de segundo armónico, solo se requiere un haz de luz de entrada, pero si , se requieren dos haces simultáneos, lo que puede ser más difícil de organizar. En la práctica, el término "generación de suma de frecuencias" generalmente se refiere al caso menos común en el que . ${\displaystyle \omega _{1}=\omega _{2}}$ ${\displaystyle \omega _{1}\neq \omega _{2}}$ ${\displaystyle \omega _{1}\neq \omega _{2}}$

Coincidencia de fases

Para que la generación de suma de frecuencias se realice de manera eficiente, se deben satisfacer las condiciones de coincidencia de fase : ^[3]

${\displaystyle \hbar k_{3}\approx \hbar k_{1}+\hbar k_{2}}$

donde son los números de onda angulares de las tres ondas a medida que viajan a través del medio. (Tenga en cuenta que la ecuación se asemeja a la ecuación de conservación del momento ). A medida que esta condición se satisface con mayor precisión, la generación de suma de frecuencias se vuelve cada vez más eficiente. ${\displaystyle k_{1},k_{2},k_{3}}$

Espectroscopia de generación de frecuencias de suma

La espectroscopia de generación de suma de frecuencias utiliza dos haces láser mezclados en una interfaz para generar un haz de salida con una frecuencia igual a la suma de las dos frecuencias de entrada. La espectroscopia de generación de suma de frecuencias se utiliza para analizar superficies e interfaces, y transmite información complementaria a la espectroscopia infrarroja y Raman . ^[4]

Referencias

1. Akihiro Morita (2 de agosto de 2018). Teoría de la espectroscopia de generación de frecuencias suma. Springer Singapur. ISBN 9789811316074.
2. Boyd, Óptica no lineal, página 14
3. Boyd, Óptica no lineal, página 79
4. Vidal, Franck; Tadjeddine, Abderrahmane (2005). "Espectroscopia de interfases con generación de suma de frecuencias". Informes sobre el progreso en física . 68 (5): 1095–1127. Bibcode :2005RPPh...68.1095V. doi :10.1088/0034-4885/68/5/R03. ISSN  0034-4885.