Pembangkitan Harmonik dan Konversi Frekuensi

Nonlinearitas orde kedua memungkinkan kristal menggandakan atau mencampur frekuensi optik, mengubah cahaya laser ke panjang gelombang baru melalui proses pencocokan fasa.

Definition

Proses optik nonlinear yang dimediasi oleh suseptibilitas orde kedua di mana dua gelombang optik bergabung untuk menghasilkan gelombang pada frekuensi jumlah, selisih, atau ganda, membutuhkan pencocokan fasa untuk konversi koheren yang efisien.

Scope

Topik ini mencakup proses nonlinear orde kedua yang menghasilkan cahaya pada frekuensi baru. Ini termasuk pembangkitan harmonik kedua, pembangkitan frekuensi jumlah dan selisih, amplifikasi dan osilasi parametrik optik, dan kondisi pencocokan fasa yang sangat penting, yang dicapai melalui birefringen atau pencocokan kuasi-fasa dalam kristal yang dipol secara periodik, yang memungkinkan gelombang yang dikonversi tumbuh secara koheren. Ini juga menyentuh harmonik yang lebih tinggi. Ini menjelaskan bagaimana laser digeser panjang gelombang dan bagaimana sumber foton yang dapat disetel dan terjerat dibangun.

Core questions

• Bagaimana kristal menggandakan frekuensi cahaya laser?
• Apa itu pencocokan fasa dan mengapa itu penting?
• Bagaimana pembangkitan frekuensi jumlah dan selisih serta amplifikasi parametrik saling terkait?
• Bagaimana pemolan periodik mencapai pencocokan kuasi-fasa?

Key concepts

• pembangkitan harmonik kedua
• pembangkitan frekuensi jumlah
• pembangkitan frekuensi selisih
• osilasi parametrik optik
• pencocokan fasa
• pencocokan kuasi-fasa
• kristal yang dipol secara periodik
• penggandaan frekuensi

Key theories

Pencampuran harmonik kedua dan tiga gelombang

Melalui suseptibilitas orde kedua, dua foton bergabung menjadi satu pada frekuensi jumlah, atau satu terbagi menjadi dua; pembangkitan harmonik kedua adalah kasus khusus penggandaan frekuensi, dan proses frekuensi selisih dan parametrik menghasilkan keluaran yang dapat disetel.

Pencocokan fasa

Konversi yang efisien membutuhkan gelombang yang berinteraksi untuk tetap dalam fasa saat merambat; ini diatur dengan memanfaatkan birefringen untuk menyamakan kecepatan fasa atau dengan secara periodik membalikkan nonlinearitas untuk mencapai pencocokan kuasi-fasa.

Clinical relevance

Penggandaan frekuensi menghasilkan cahaya hijau dari laser bedah dan oftalmik berbasis neodymium dari keluaran inframerah, dan pembangkitan harmonik kedua dalam jaringan memberikan kontras bebas label dalam mikroskopi nonlinear kolagen dan struktur teratur lainnya.

History

Franken dan rekan-rekannya mengamati harmonik optik kedua pertama pada tahun 1961 dengan memfokuskan laser rubi ke dalam kuarsa. Armstrong, Bloembergen, dan rekan kerja segera mengembangkan teori pencocokan fasa dan interaksi nonlinear, dan pencocokan kuasi-fasa dalam kristal yang dipol secara periodik kemudian membuat konversi efisien menjadi praktis secara luas.

Key figures

• Peter Franken
• Nicolaas Bloembergen
• John Armstrong

Seminal works

• boyd2020
• franken1961

Frequently asked questions

Bagaimana pointer laser hijau bisa berasal dari laser inframerah?

Banyak laser hijau menggunakan kristal nonlinear untuk menggandakan frekuensi keluaran inframerah tak terlihat dari laser neodymium, membagi dua panjang gelombang untuk menghasilkan cahaya hijau yang terlihat.

Mengapa pencocokan fasa diperlukan?

Karena gelombang fundamental dan gelombang yang dikonversi biasanya bergerak dengan kecepatan yang berbeda dalam medium dispersif, keduanya menjadi tidak sinkron dan konversi membatalkan dirinya sendiri; pencocokan fasa menjaga keduanya tetap sinkron sehingga gelombang yang dikonversi tumbuh di sepanjang kristal.