Generación armónica

Proceso óptico no lineal

N-ésima generación de armónicos

La generación armónica ( HG , también llamada generación armónica múltiple ) es un proceso óptico no lineal en el que fotones con la misma frecuencia interactúan con un material no lineal, se "combinan" y generan un nuevo fotón con veces la energía de los fotones iniciales (equivalentemente, multiplicado por la frecuencia y la longitud de onda dividida por ). ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle n}$

Proceso general

En un medio que tiene una susceptibilidad no lineal sustancial , es posible la generación de armónicos. Tenga en cuenta que para órdenes pares ( ), el medio no debe tener centro de simetría (no centrosimétrico). ^[1] ${\displaystyle n=2,4,\dots }$

Debido a que el proceso requiere que muchos fotones estén presentes al mismo tiempo y en el mismo lugar, el proceso de generación tiene una baja probabilidad de ocurrir, y esta probabilidad disminuye con el orden . Para generar eficientemente, la simetría del medio debe permitir amplificar la señal (mediante coincidencia de fase , por ejemplo), y la fuente de luz debe ser intensa y bien controlada espacialmente (con un láser colimado ) y temporal (más señal si el El láser tiene pulsos cortos). ^[2] ${\displaystyle n}$

Generación de frecuencia suma (SFG)

Un caso especial en el que el número de fotones en la interacción es , pero con dos fotones diferentes en frecuencias y . ${\displaystyle n=2}$ ${\displaystyle \omega _{1}}$ ${\displaystyle \omega _{2}}$

Generación del segundo armónico (SHG)

Un caso especial en el que el número de fotones en la interacción es . También es un caso especial de generación de frecuencia suma en el que ambos fotones están en la misma frecuencia . ${\displaystyle n=2}$ ${\displaystyle \omega }$

Generación del tercer armónico (THG)

Un caso especial en el que el número de fotones en la interacción es , si todos los fotones tienen la misma frecuencia . Si tienen diferente frecuencia, se prefiere el término general de mezcla de cuatro ondas . Este proceso implica la susceptibilidad no lineal de tercer orden . ^[3] ${\displaystyle n=3}$ ${\displaystyle \omega }$ ${\displaystyle \chi ^{(3)}}$

A diferencia del SHG, es un proceso volumétrico ^[4] y se ha demostrado en líquidos. ^[5] Sin embargo, se ha mejorado en las interfaces. ^[6]

Materiales utilizados para THG

Los cristales no lineales como BBO (β-BaB ₂ O ₄ ) o LBO pueden convertir THG; de lo contrario, se puede generar THG a partir de membranas en microscopía. ^[7]

Generación de cuarto armónico (FHG o 4HG)

Un caso especial en el que el número de fotones en interacción es . Según se informó alrededor del año 2000, ^[8] potentes láseres ahora permiten una FHG eficiente. Este proceso implica la susceptibilidad no lineal de cuarto orden . ${\displaystyle n=4}$ ${\displaystyle \chi ^{(4)}}$

Materiales utilizados para FHG

Algunos BBO (β-BaB ₂ O ₄ ) se utilizan para FHG. ^[9]

Generación armónica para norte > 4 {\displaystyle n>4}

La generación de armónicos para (5HG) o más es teóricamente posible, pero la interacción requiere una cantidad muy alta de fotones para interactuar y, por lo tanto, tiene una baja probabilidad de que suceda: la señal en armónicos más altos será muy baja y requiere láseres muy intensos para ser generado. Para generar armónicos elevados (como , etc.), se puede utilizar un proceso sustancialmente diferente de generación de armónicos elevados . ${\displaystyle n=5}$ ${\displaystyle n=30}$

Fuentes

• Boyd, RW (2007). Óptica no lineal (tercera ed.). ISBN 9780123694706.
• Sutherland, Richard L. (2003). Manual de óptica no lineal (2ª ed.). ISBN 9780824742430.
• Hecht, Eugenio (2002). Óptica (4ª ed.). Addison-Wesley. ISBN 978-0805385663.
• Zernike, fritas; Pleno invierno, John E. (2006). Óptica No Lineal Aplicada. Publicaciones de Dover. ISBN 978-0486453606.

Ver también

• Óptica no lineal
• Generación del segundo armónico
• Alta generación de armónicos
• Multiplicador de frecuencia óptica

Referencias

1. Boyd, R. (2007). "La susceptibilidad óptica no lineal". Óptica no lineal (tercera ed.). págs. 1–67. doi :10.1016/B978-0-12-369470-6.00001-0. ISBN 9780123694706. S2CID  15660817.
2. Sutherland, Richard L. (2003). Manual de óptica no lineal (2ª ed.). ISBN 9780824742430.
3. Boyd, RW (2007). Óptica no lineal (tercera ed.). ISBN 9780123694706.
4. Moreaux, Laurent; Sandré, Olivier; Charpak, Serge; Blanchard-Desce, Mireille; Mertz, Jerome (2001). "Dispersión coherente en microscopía óptica multiarmónica". Revista Biofísica . 80 (3): 1568-1574. Código Bib : 2001BpJ....80.1568M. doi :10.1016/S0006-3495(01)76129-2. ISSN  0006-3495. PMC 1301348 . PMID  11222317. 
5. Kajzar, F.; Messier, J. (1985). "Generación de tercer armónico en líquidos". Revisión física A. 32 (4): 2352–2363. Código bibliográfico : 1985PhRvA..32.2352K. doi :10.1103/PhysRevA.32.2352. ISSN  0556-2791. PMID  9896350.
6. Cheng, Ji-Xin; Xie, X. Sunny (2002). "Formulación de la función de Green para microscopía de generación de tercer armónico". Revista de la Sociedad Óptica de América B. 19 (7): 1604. Código bibliográfico : 2002JOSAB..19.1604C. doi :10.1364/JOSAB.19.001604. ISSN  0740-3224.
7. Pavone, Francesco S.; Campagnola, Paul J. (2016). Imágenes de segunda generación armónica, 2ª edición. CRC Taylor y Francis. ISBN 978-1-4398-4914-9.
8. Kojima, Tetsuo; Konno, Susumu; Fujikawa, Shuichi; Yasui, Koji; Yoshizawa, Kenji; Mori, Yusuke; Sasaki, Takatomo; Tanaka, Mitsuhiro; Okada, Yukikatsu (2000). "Generación de haz ultravioleta de 20 W mediante generación de cuarto armónico de un láser de estado sólido". Letras de Óptica . 25 (1): 58–60. Código Bib : 2000OptL...25...58K. doi :10.1364/OL.25.000058. ISSN  0146-9592. PMID  18059781.
9. "BBO para FHG". raicol.com . Consultado el 1 de diciembre de 2019 .