Generowanie sumy częstotliwości

Generowanie sumy częstotliwości ( SFG ) to nieliniowy proces optyczny drugiego rzędu oparty na anihilacji dwóch fotonów wejściowych przy częstotliwościach kątowych i ${\ Displaystyle \ omega _ {1}}$ i ${\ Displaystyle \ omega _ {2}} podczas gdy jednocześnie$ generowany jest jeden foton o częstotliwości ${\ displaystyle \ omega _ {3}} .$ Jak w przypadku każdego zjawiska drugiego rzędu w optyce nieliniowej ${\ Displaystyle \ chi ^ {(2)}}$ , może to nastąpić tylko w warunkach, w których: światło oddziałuje z materią, która jest asymetryczna (na przykład powierzchnie i interfejsy); światło ma bardzo dużą intensywność (zwykle z lasera pulsacyjnego ). Generowanie częstotliwości sumarycznej jest „procesem parametrycznym”, co oznacza, że fotony spełniają zasadę zachowania energii, pozostawiając materię niezmienioną:

{\ Displaystyle \ hbar \ omega _ {3} = \ hbar \ omega _ {1} + \ hbar \ omega _ {2}}

Generacja drugiej harmonicznej

Szczególnym przypadkiem generowania sumy częstotliwości jest generowanie drugiej harmonicznej , w której ${\ Displaystyle \ omega _ {1} = \ omega _ {2}}$ . W rzeczywistości w fizyce eksperymentalnej jest to najbardziej powszechny typ generowania sumy częstotliwości. $są$ tylko jedna wejściowa wiązka światła, ale jeśli wymagane dwie jednoczesne wiązki, co może być trudniej zorganizować. W praktyce termin „generowanie sumy częstotliwości” zwykle odnosi się do mniej powszechnego przypadku, w którym ${\ Displaystyle \ omega _ {1} \ neq \ omega _ {2}}$ .

Dopasowanie fazowe

musi być spełniony warunek zwany dopasowaniem fazowym :

{\ Displaystyle \ hbar k_ {3} \ około \ hbar k_ {1} + \ hbar k_ {2}}

gdzie ${\ Displaystyle k_ {1}, k_ {2}, k_ {3}}$ to kątowe liczby falowe trzech fal przemieszczających się przez ośrodek. (Zauważ, że równanie to przypomina równanie zachowania pędu .) W miarę jak ten warunek jest coraz dokładniej spełniany, generowanie sumy częstotliwości staje się coraz bardziej wydajne. Ponadto, ponieważ generowanie sumarycznej częstotliwości zachodzi na coraz większej długości, dopasowanie fazy musi być coraz dokładniejsze.

Spektroskopia generowania sumy częstotliwości

Spektroskopia generowania sumy częstotliwości wykorzystuje dwie wiązki laserowe zmieszane na powierzchni w celu wygenerowania wiązki wyjściowej o częstotliwości równej sumie dwóch częstotliwości wejściowych. Spektroskopia generowania sumy częstotliwości jest wykorzystywana do analizy powierzchni i interfejsów.