Оглавление
- 1 Генерация второй гармоники
- 1.1 Генерация второй гармоники (ГВГ)
- 1.2 История и демонстрация
- 1.3 Типы в кристаллах
- 1.4 Оптическая генерация второй гармоники
- 1.5 Применение в спектроскопии
- 1.6 С плоских поверхностей
- 1.7 С неплоских поверхностей
- 1.8 Диаграмма направленности излучения
- 1.9 Генерация второй гармоники (SHG)
- 1.10 Применение SHG
- 1.11 Теоретический вывод
- 1.12 Фазовое согласование и гауссово приближение
- 1.13 Несовершенное фазовое согласование
- 1.14 Интенсивность SHG в среде
- 1.15 Используемые материалы
- 1.16 Примеры кристаллов
- 1.17 Типы твердотельных лазеров
- 1.18 Полный текст статьи:
- 2 Генерация второй гармоники
Генерация второй гармоники
-
Генерация второй гармоники (ГВГ)
- Нелинейное взаимодействие волна-волна низшего порядка
- Используется для удвоения частот лазеров
- Нелинейная восприимчивость среды второго порядка
-
История и демонстрация
- Впервые продемонстрирована в 1961 году Питером Франкеном и др.
- Использовался рубиновый лазер и кварцевый образец
-
Типы в кристаллах
- Критическое согласование фаз: типы 0, I, II
- Некритическое согласование фаз: регулирование температуры
-
Оптическая генерация второй гармоники
- Используется для исследования поверхностей и границ раздела
- Позволяет распознавать сигналы из основной массы
-
Применение в спектроскопии
- Исследование молекулярных монослоев на поверхностях
- Измерение частоты, в два раза превышающей частоту падения
-
С плоских поверхностей
- Исследование границы раздела воздух-вода
- Определение ориентации молекул на границе раздела
-
С неплоских поверхностей
- Генерация второй гармоники на микро- и нанометровых частицах
- Исследование кинетики переноса через мембраны живых клеток
-
Диаграмма направленности излучения
- Двумерный гауссовский профиль при однородности среды
- Разделение на два лепестка при границе раздела противоположных полярностей
-
Генерация второй гармоники (SHG)
- SHG испускается в обратном направлении при фазовом рассогласовании.
- Пространственная когерентность ограничивает излучение в двух направлениях.
- Длина когерентности в обратном направлении меньше, чем в прямом.
-
Применение SHG
- Зеленые лазеры: SHG используется для создания зеленых лазеров.
- Измерение сверхкороткого пульса: SHG используется для измерения импульсов.
- Микроскопия генерации второй гармоники: SHG используется в биологии и медицине.
- Характеристика кристаллических материалов: SHG используется для обнаружения нецентросимметрии кристаллов.
-
Теоретический вывод
- При низкой конверсии амплитуда E(2ω) остается постоянной.
- При высокой конверсии необходимо учитывать истощение основной гармоники.
- Теоретическое выражение с гауссовыми пучками учитывает амплитуду и фазовый сдвиг.
-
Фазовое согласование и гауссово приближение
- Фазовое согласование позволяет упростить уравнение для генерации второй гармоники (SHG).
- В гауссовом приближении интенсивность SHG зависит от длины среды и положения фокусировки.
-
Несовершенное фазовое согласование
- Несовершенное фазовое согласование более реалистично в биологических образцах.
- В гармоническом выражении учитывается фазовый сдвиг гауссова луча.
-
Интенсивность SHG в среде
- Интенсивность SHG быстро снижается в объеме среды из-за фазового сдвига.
- Сигнал SHG исчезает в объеме при большой толщине среды.
- Преобразование не зависит строго от квадрата числа рассеивателей.
-
Используемые материалы
- Кристаллы без инверсионной симметрии, кроме кристаллов с точечной группой 432, генерируют SHG.
- Нитевидные биологические белки и углеводы также являются хорошими преобразователями SHG.
-
Примеры кристаллов
- BiBO (BiB3O6) для основного возбуждения при 600-1500 нм.
- LiIO3 для основного возбуждения при 570-4000 нм.
- KNbO3 для основного возбуждения при 800-1100 нм.
- BBO (β-BaB2O4) для основного возбуждения при 410-2000 нм.
- KTP (KTiOPO4) или KTA для основного возбуждения при 984-3400 нм.
- Периодически поляризованные кристаллы, подобные PPLN, для основного возбуждения при ~1000-2000 нм.
-
Типы твердотельных лазеров
- Для лазеров с диодной накачкой и входными длинами волн 1064 нм используются KDP, LiB3O5, CsLiB6O10 и BBO.
- Для лазеров с диодной накачкой и входными длинами волн 1319 нм используются KNbO3, BBO, KDP, LiIO3, LiNbO3 и KTP.