Harmonik Üretimi ve Frekans Dönüşümü
İkinci dereceden doğrusal olmayan etkileşimler, kristallerin optik frekansları ikiye katlamasına veya karıştırmasına olanak tanıyarak, lazer ışığını faz uyumlu süreçler aracılığıyla yeni dalga boylarına dönüştürmektedir.
Tanım
İkinci dereceden süseptibilite (susceptibility) aracılığıyla gerçekleşen, iki optik dalganın birleşerek toplam, fark veya iki katına çıkarılmış frekansta bir dalga ürettiği, verimli tutarlı dönüşüm için faz uyumu gerektiren doğrusal olmayan optik süreçlerdir.
Kapsam
Bu konu, yeni frekanslarda ışık üreten ikinci dereceden doğrusal olmayan süreçleri kapsamaktadır. İkinci harmonik üretimi, toplam ve fark frekans üretimi, optik parametrik amplifikasyon ve osilasyon ile dönüştürülen dalganın tutarlı bir şekilde büyümesini sağlayan, çift kırılma veya periyodik olarak kutuplanmış kristallerdeki yarı-faz uyumu (quasi-phase-matching) aracılığıyla elde edilen faz uyumu koşulunu içermektedir. Ayrıca, daha yüksek harmoniklere de değinilmektedir. Lazerlerin dalga boyunun nasıl kaydırıldığı ve ayarlanabilir ile dolaşık foton kaynaklarının nasıl oluşturulduğu açıklanmaktadır.
Temel sorular
- Bir kristal, lazer ışığının frekansını nasıl ikiye katlar?
- Faz uyumu nedir ve neden esastır?
- Toplam ve fark frekans üretimi ile parametrik amplifikasyon nasıl ilişkilidir?
- Periyodik kutuplama, yarı-faz uyumunu (quasi-phase-matching) nasıl sağlar?
Anahtar kavramlar
- ikinci harmonik üretimi
- toplam frekans üretimi
- fark frekans üretimi
- optik parametrik osilasyon
- faz uyumu
- yarı-faz uyumu (quasi-phase-matching)
- periyodik olarak kutuplanmış kristaller
- frekans ikiye katlama
Temel kuramlar
- İkinci harmonik ve üç dalga karışımı
- İkinci dereceden süseptibilite (susceptibility) aracılığıyla iki foton toplam frekansta tek bir fotonda birleşir veya bir foton ikiye ayrılır; ikinci harmonik üretimi, frekans ikiye katlamanın özel bir durumudur ve fark frekansı ile parametrik süreçler ayarlanabilir çıkış üretir.
- Faz uyumu
- Verimli dönüşüm, etkileşen dalgaların yayılırken fazda kalmasını gerektirir; bu durum, faz hızlarını eşitlemek için çift kırılımdan yararlanılarak veya yarı-faz uyumunu (quasi-phase-matching) sağlamak için doğrusal olmama durumunu periyodik olarak tersine çevirerek düzenlenir.
Klinik önem
Frekans ikiye katlama, neodimyum tabanlı cerrahi ve oftalmik lazerlerin kızılötesi çıkışından yeşil ışık üretmekte; dokudaki ikinci harmonik üretimi ise kollajen ve diğer düzenli yapıların doğrusal olmayan mikroskopisinde etiketsiz kontrast sağlamaktadır.
Tarihçe
Franken ve arkadaşları, 1961 yılında bir yakut lazeri kuvarsa odaklayarak ilk optik ikinci harmoniği gözlemlemişlerdir. Armstrong, Bloembergen ve çalışma arkadaşları kısa süre sonra faz uyumu ve doğrusal olmayan etkileşimler kuramını geliştirmişler ve periyodik olarak kutuplanmış kristallerdeki yarı-faz uyumu (quasi-phase-matching) daha sonra verimli dönüşümü yaygın olarak pratik hale getirmiştir.
Öne çıkan isimler
- Peter Franken
- Nicolaas Bloembergen
- John Armstrong
İlgili konular
Temel eserler
- boyd2020
- franken1961
Sıkça sorulan sorular
- Yeşil bir lazer işaretleyici kızılötesi bir lazerden nasıl elde edilebilir?
- Birçok yeşil lazer, neodimyum lazerin görünmez kızılötesi çıkışını frekans olarak ikiye katlamak için doğrusal olmayan bir kristal kullanır ve dalga boyunu yarıya indirerek görünür yeşil ışık üretir.
- Faz uyumu neden gereklidir?
- Temel ve dönüştürülmüş dalgalar genellikle dağıtıcı bir ortamda farklı hızlarda hareket ettiğinden, senkronizasyonları bozulur ve dönüşüm kendini iptal eder; faz uyumu, dönüştürülen dalganın kristal boyunca büyümesini sağlayacak şekilde onları senkronize tutar.