Geração Harmônica - Harmonic generation

A geração de harmônicos ( HG , também chamada de geração de múltiplos harmônicos ) é um processo óptico não linear no qual fótons com a mesma frequência interagem com um material não linear, são "combinados" e geram um novo fóton com a mesma energia dos fótons iniciais vezes a frequência e o comprimento de onda dividido por ). ${\ displaystyle n}$ ${\ displaystyle n}$${\ displaystyle n}$${\ displaystyle n}$

Processo geral

Em um meio com uma suscetibilidade não linear substancial , a geração de harmônicos é possível. Observe que para as ordens pares ( ), o meio não deve ter centro de simetria (não centrosimétricos). ${\ displaystyle n = 2,4, \ dots}$

Como o processo requer que muitos fótons estejam presentes ao mesmo tempo e no mesmo lugar, o processo de geração tem uma probabilidade baixa de ocorrer, e essa probabilidade diminui com o pedido . Para gerar de forma eficiente, a simetria do meio deve permitir que o sinal seja amplificado (através do casamento de fase , por exemplo), e a fonte de luz deve ser intensa e bem controlada espacialmente (com um laser colimado ) e temporalmente (mais sinal se o laser tem pulsos curtos). ${\ displaystyle n}$

Geração de soma de frequência (SFG)

Um caso especial em que o número de fótons na interação é , mas com dois fótons diferentes nas frequências e . ${\ displaystyle n = 2}$${\ displaystyle \ omega _ {1}}$${\ displaystyle \ omega _ {2}}$

Geração de segundo harmônico (SHG)

Um caso especial em que o número de fótons na interação é . Também um caso especial de geração de soma de freqüência em que ambos os fótons estão na mesma freqüência . ${\ displaystyle n = 2}$${\ displaystyle \ omega}$

Geração de terceiro harmônico (THG)

Um caso especial em que o número de fótons na interação é , se todos os fótons tiverem a mesma frequência . Se eles tiverem frequências diferentes, o termo geral de mistura de quatro ondas é o preferido. Este processo envolve a susceptibilidade não linear de 3ª ordem . ${\ displaystyle n = 3}$${\ displaystyle \ omega}$${\ displaystyle \ chi ^ {(3)}}$

Ao contrário do SHG, é um processo volumétrico e já foi demonstrado em líquidos. No entanto, é aprimorado nas interfaces.

Materiais usados ​​para THG

Cristais não lineares, como BBO (β-BaB ₂ O ₄ ) ou LBO podem converter THG, caso contrário, THG pode ser gerado a partir de membranas em microscopia.

Geração de quarto harmônico (FHG ou 4HG)

Um caso especial em que o número de fótons em interação é . Relatado por volta do ano 2000, lasers poderosos agora permitem FHG eficiente. Este processo envolve a susceptibilidade não linear de 4ª ordem . ${\ displaystyle n = 4}$${\ displaystyle \ chi ^ {(4)}}$

Materiais usados ​​para FHG

Alguns BBO (β-BaB ₂ O ₄ ) são usados ​​para FHG.

Geração de harmônicos para ${\ displaystyle n> 4}$

A geração de harmônicos para (5HG) ou mais é teoricamente possível, mas a interação requer um número muito alto de fótons para interagir e tem, portanto, uma baixa probabilidade de acontecer: o sinal em harmônicos mais elevados será muito baixo e requer que lasers muito intensos sejam gerado. Para gerar harmônicos altos (como e assim por diante), o processo substancialmente diferente de geração de harmônicos altos pode ser usado. ${\ displaystyle n = 5}$${\ displaystyle n = 30}$

Origens

• Boyd, RW (2007). Óptica não linear (terceira edição). ISBN   9780123694706 .
• Sutherland, Richard L. (2003). Handbook of Nonlinear Optics (2ª ed.). ISBN   9780824742430 .
• Hecht, Eugene (2002). Óptica (4ª ed.). Addison-Wesley. ISBN   978-0805385663 .
• Zernike, Frits; Midwinter, John E. (2006). Óptica não linear aplicada . Publicações de Dover. ISBN   978-0486453606 .

Veja também

• Óptica não linear
• Geração de segundo harmônico
• Geração de alta harmônica
• Multiplicador de frequência óptica

Referências