和频产生

✍ dations ◷ 2025-04-04 11:24:28 #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。 $\hbar \omega _{3}=\hbar \omega _{1}+\hbar \omega _{2}$ $\hbar \omega _{3}=\hbar \omega _{1}+\hbar \omega _{2}$

和频产生的一个例子是ω₁=ω₂=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）： $\hbar k_{3}\approx \hbar k_{1}+\hbar k_{2}$ $\hbar k_{3}\approx \hbar k_{1}+\hbar k_{2}$

上述中的 $k_{1}$ $k_1$ ， $k_{2}$ $k_2$ 及 $k_{3}$ $k_{3}$ 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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