Generación de armónicos

Proceso óptico no lineal

Generación armónica N-ésima

La generación de armónicos ( HG , también llamada generación de armónicos múltiples ) es un proceso óptico no lineal en el que los 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, veces la frecuencia y la longitud de onda dividida por ). ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle n}$

Proceso general

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

Como 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 que la señal se amplifique (a través de la coincidencia de fases , por ejemplo), y la fuente de luz debe ser intensa y bien controlada espacialmente (con un láser colimado ) y temporalmente (más señal si el láser tiene pulsos cortos). ^[2] ${\displaystyle n}$

Generación de suma de frecuencias (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 de 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 suma de frecuencias en el que ambos fotones tienen la misma frecuencia . ${\displaystyle n=2}$ ${\displaystyle \omega }$

Generación de 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 frecuencias diferentes, 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 de SHG, es un proceso volumétrico ^[4] y se ha demostrado en líquidos. ^[5] Sin embargo, se mejora 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, el THG se puede generar 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 . Reportado alrededor del año 2000, ^[8] los láseres potentes ahora permiten una FHG eficiente. Este proceso involucra 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 de armónicos 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 ocurrir: la señal en armónicos más altos será muy baja y requiere que se generen láseres muy intensos. Para generar armónicos altos (como y así sucesivamente), se puede utilizar el proceso sustancialmente diferente de generación de armónicos altos . ${\displaystyle n=5}$ ${\displaystyle n=30}$

Fuentes

• Boyd, RW (2007). Óptica no lineal (tercera edición). Elsevier. ISBN 9780123694706.
• Sutherland, Richard L. (2003). Manual de óptica no lineal (2.ª edición). CRC Press. ISBN 9780824742430.
• Hecht, Eugene (2002). Óptica (4.ª ed.). Addison-Wesley. ISBN 978-0805385663.
• Zernike, Frits; Midwinter, John E. (2006). Óptica no lineal aplicada. Publicaciones de Dover. ISBN 978-0486453606.

Véase también

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

Referencias

1. Boyd, R. (2007). "La susceptibilidad óptica no lineal". Óptica no lineal (tercera edición). págs. 1–67. doi :10.1016/B978-0-12-369470-6.00001-0. ISBN 9780123694706.S2CID15660817  .​
2. Sutherland, Richard L. (2003). Manual de óptica no lineal (2.ª edición). CRC Press. ISBN 9780824742430.
3. Boyd, RW (2007). Óptica no lineal (tercera edición). Elsevier. ISBN 9780123694706.
4. Moreaux, Laurent; Sandre, Olivier; Charpak, Serge; Blanchard-Desce, Mireille; Mertz, Jerome (2001). "Dispersión coherente en microscopía óptica multiarmónica". Revista biofísica . 80 (3): 1568–1574. Código Bibliográfico :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". Physical Review A . 32 (4): 2352–2363. Bibcode :1985PhRvA..32.2352K. doi :10.1103/PhysRevA.32.2352. ISSN  0556-2791. PMID  9896350.
6. Cheng, Ji-Xin; Xie, X. Sunney (2002). "Formulación de la función de Green para la microscopía de generación de tercer armónico". Journal of the Optical Society of America B . 19 (7): 1604. Bibcode :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, 2.ª edición. CRC Taylor&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 .