Generación de frecuencia suma

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 en frecuencias y la generación de un tercer fotón en frecuencia . ^[1] Como ocurre con cualquier fenómeno óptico en óptica no lineal , esto solo puede ocurrir en condiciones en las que: la luz interactúa con la materia, que carece de centrosimetría (por ejemplo, superficies e interfaces); la luz tiene una intensidad muy alta (normalmente procedente de un láser pulsado ). La generación de suma de frecuencia 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 del 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 del 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 frecuencia" suele referirse 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 produzca de manera eficiente, se deben cumplir las condiciones de coincidencia de fases : ^[3]

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

¿Dónde están los números de onda angulares de las tres ondas a medida que viajan a través del medio? (Obsérvese que la ecuación se parece a la ecuación de conservación del momento ). A medida que esta condición se satisface con mayor precisión, la generación de frecuencia suma se vuelve cada vez más eficiente. ${\displaystyle k_{1},k_{2},k_{3}}$

Espectroscopía de generación de frecuencia suma.

La espectroscopia de generación de frecuencia suma utiliza dos rayos 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 frecuencia suma se utiliza para analizar superficies e interfaces, transportando 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 generación de frecuencia suma de interfaces". Informes sobre los avances en física . 68 (5): 1095-1127. Código Bib : 2005RPPh...68.1095V. doi :10.1088/0034-4885/68/5/R03. ISSN  0034-4885.