和频产生

✍ dations ◷ 2025-09-10 08:11:33 #光学,非线性光学,光谱学

和频产生(Sum-frequency generation, SFG) 是一种非线性光学的处理方法。这个现象主要是消灭两个具有角频率ω1及ω2光子,同时产生一个角频率ω3的光子。就如同其他非线性光学的现象一般,SFG只会发生在符合下列条件的情况下:

光與物質於非對稱處發生交互作用(例如物質表面或分界面)

光具有高强度(通常使用脉冲激光)。

和频产生是一个“参数化过程(英语:Parametric process (optics))”,意指参与过程的光子符合能量守恒,物质前后状态不变。 ω 3 = ω 1 + ω 2 {\displaystyle \hbar \omega _{3}=\hbar \omega _{1}+\hbar \omega _{2}}


和频产生的一个例子是ω12=0.5ω3,此种状况称为二次谐波产生(二次谐波产生(英语:Second-harmonic_generation))。事实上,这是在实验物理中最常见的一种和频产生。这是因为在二次谐波产生的过程中,只有需要一个入射光束;但是如果ω1≠ω2,意即在实验中,需要两种不同能量的光束同时抵达,增加整个实验安排的难度。实际上,“和频产生”通常表示是ω1≠ω2这种比较少见的状况。

为了得到更有效率的和频产生,必须两个入射光束要符合相位匹配(非线性光学): k 3 k 1 + k 2 {\displaystyle \hbar k_{3}\approx \hbar k_{1}+\hbar k_{2}}

上述中的 k 1 {\displaystyle k_{1}} k 2 {\displaystyle k_{2}} k 3 {\displaystyle k_{3}} 是这三个波在介质中的角波数(同时以上方程式表示动量守恒)。当越符合此种条件时,和频产生将更有效率。附带一提,当实验者让和频产生发生的跨幅越长时,越能得到精准的相位匹配。和频产生的一些常见运用请参照和频产生光谱(和频光谱, sum frequency generation spectroscopy(英语:Sum_frequency_generation_spectroscopy))

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