تولید هارمونیک

تولید هارمونیک (به انگلیسی: Harmonic generation) (اچ‌جیی، که تولید هارمونیک چندگانه (به انگلیسی: multiple harmonic generation) نیز نامیده می‌شود) یک فرایند نوری غیرخطی است که در آن $n$ فوتون‌هایی با فرکانس یکسان با یک ماده غیرخطی برهمکنش می‌کنند، «ترکیب» می‌شوند و یک فوتون جدید با $n$ ضربدر انرژی فوتون‌های اولیه (به‌طور معادل، $n$ ضربدر فرکانس و طول‌موج تقسیم بر $n$ ) تولید می‌کنند.

فرایند کلی

در محیطی که دارای پذیرفتاری غیرخطی قابل‌توجهی است، تولید هارمونیک امکان‌پذیر است. توجه داشته باشید که برای مرتبه‌های زوج ( $n=2,4,\dots$ )، محیط نباید مرکز تقارن داشته باشد (نامتقارن‌مرکزی).^[۱]

از آنجا که این فرایند مستلزم حضور فوتون‌های زیادی در یک زمان و در یک مکان است، احتمال وقوع فرایند تولید کم است و این احتمال با افزایش مرتبه $n$ کاهش می‌یابد. برای تولید کارآمد، تقارن محیط باید امکان تقویت سیگنال را فراهم کند (برای مثال، از طریق تطبیق فاز)، و منبع نور باید شدید باشد و از نظر مکانی (با لیزر موازی‌شده) و زمانی (سیگنال بیشتر در صورت پالس‌های کوتاه لیزر) به خوبی کنترل شود.^[۲]

تولید مجموع-فرکانس (اِس‌اِف‌جیی)

حالت خاصی که در آن تعداد فوتون‌ها در برهمکنش برابر است با $n=2$ اما با دو فوتون متفاوت در فرکانس‌های $\omega _{1}$ و $\omega _{2}$ .

تولید هارمونیک-دوم (اِس‌اِچ‌جیی)

حالت خاصی که در آن تعداد فوتون‌ها در برهمکنش برابر است با $n=2$ . همچنین یک مورد خاص از تولید مجموع فرکانس که در آن هر دو فوتون در فرکانس یکسان $\omega$ هستند.

تولید هارمونیک-سوم (تی‌اِچ‌جیی)

حالت خاصی که در آن تعداد فوتون‌ها در برهمکنش برابر با $n=3$ است اگر همه فوتون‌ها فرکانس یکسان $\omega$ داشته باشند. اگر فرکانس‌های متفاوتی داشته باشند، اصطلاح کلی مخلوط‌سازی چهارموج ترجیح داده می‌شود. این فرایند شامل پذیرفتاری غیرخطی مرتبه سوم $\chi ^{(3)}$ است.^[۳]

برخلاف اِس‌اِچ‌جیی، این یک فرایند حجمی است^[۴] و در مایعات نشان داده شده است.^[۵] با این حال، در رابط‌ها بهبود یافته است.^[۶]

مواد مورد استفاده برای تی‌اِچ‌جیی

کریستال‌های غیرخطی مانند بی‌بی‌او (β-BaB₂O₄) یا اِل‌بی‌او می‌توانند تی‌اِچ‌جیی را تبدیل کنند، در غیر این صورت تی‌اِچ‌جیی می‌تواند از پوسته‌های در مقیاس‌ریز تولید شود.^[۷]

تولید هارمونیک-چهارم (اِف‌اِچ‌جیی یا ۴اِچ‌جیی)

حالت خاصی که در آن تعداد فوتون‌های در حال برهمکنش برابر است با $n=4$ . گزارش شده در حدود سال ۲۰۰۰،^[۸] لیزرهای قدرتمند اکنون اِف‌اِچ‌جیی کارآمد را ممکن می‌سازند. این فرایند شامل پذیرفتاری غیرخطی مرتبه چهارم $\chi ^{(4)}$ است.

مواد مورد استفاده برای اِف‌اِچ‌جیی

مقداری بی‌بی‌او (β-BaB₂O₄) برای اِف‌اِچ‌جیی استفاده می‌شود.^[۹]

تولید هارمونیک برای $n>4$

تولید هارمونیک برای $n=5$ (۵اِچ‌جیی) یا بیشتر از نظر تئوری امکان‌پذیر است، اما این برهمکنش به تعداد بسیار زیادی فوتون برای برهمکنش نیاز دارد و بنابراین احتمال وقوع آن کم است: سیگنال در هارمونیک‌های بالاتر بسیار ضعیف خواهد بود و نیاز به تولید لیزرهای بسیار شدید دارد. برای تولید هارمونیک‌های بالا (مانند $n=30$ و غیره)، می‌توان از فرایند اساساً متفاوت تولید هارمونیک بالا استفاده کرد.

منابع

Boyd, R.W. (2007). Nonlinear optics (به انگلیسی) (third ed.). Elsevier. ISBN 978-0-12-369470-6.
Sutherland, Richard L. (2003). Handbook of Nonlinear Optics (به انگلیسی) (2nd ed.). CRC Press. ISBN 978-0-8247-4243-0.
Hecht, Eugene (2002). Optics (به انگلیسی) (4th ed.). Addison-Wesley. ISBN 978-0-8053-8566-3.
Zernike, Frits; Midwinter, John E. (2006). Applied Nonlinear Optics (به انگلیسی). Dover Publications. ISBN 978-0-486-45360-6.

جستارهای وابسته

منابع

↑ Boyd, R. (2007). "The Nonlinear Optical Susceptibility". Nonlinear optics (به انگلیسی) (third ed.). pp. 1–67. doi:10.1016/B978-0-12-369470-6.00001-0. ISBN 978-0-12-369470-6. S2CID 15660817.
↑ Sutherland, Richard L. (2003). Handbook of Nonlinear Optics (به انگلیسی) (2nd ed.). CRC Press. ISBN 978-0-8247-4243-0.
↑ Boyd, R.W. (2007). Nonlinear optics (به انگلیسی) (third ed.). Elsevier. ISBN 978-0-12-369470-6.
↑ Moreaux, Laurent; Sandre, Olivier; Charpak, Serge; Blanchard-Desce, Mireille; Mertz, Jerome (2001). "Coherent Scattering in Multi-Harmonic Light Microscopy". Biophysical Journal. 80 (3): 1568–1574. Bibcode:2001BpJ....80.1568M. doi:10.1016/S0006-3495(01)76129-2. ISSN 0006-3495. PMC 1301348. PMID 11222317.
↑ Kajzar, F.; Messier, J. (1985). "Third-harmonic generation in liquids". Physical Review A. 32 (4): 2352–2363. Bibcode:1985PhRvA..32.2352K. doi:10.1103/PhysRevA.32.2352. ISSN 0556-2791. PMID 9896350.
↑ Cheng, Ji-Xin; Xie, X. Sunney (2002). "Green's function formulation for third-harmonic generation microscopy". Journal of the Optical Society of America B. 19 (7): 1604. Bibcode:2002JOSAB..19.1604C. doi:10.1364/JOSAB.19.001604. ISSN 0740-3224.
↑ Pavone, Francesco S.; Campagnola, Paul J. (2016). Second Harmonic Generation Imaging, 2nd edition. CRC Taylor&Francis. ISBN 978-1-4398-4914-9.
↑ Kojima, Tetsuo; Konno, Susumu; Fujikawa, Shuichi; Yasui, Koji; Yoshizawa, Kenji; Mori, Yusuke; Sasaki, Takatomo; Tanaka, Mitsuhiro; Okada, Yukikatsu (2000). "20-W ultraviolet-beam generation by fourth-harmonic generation of an all-solid-state laser". Optics Letters. 25 (1): 58–60. Bibcode:2000OptL...25...58K. doi:10.1364/OL.25.000058. ISSN 0146-9592. PMID 18059781.
↑ "BBO for FHG". raicol.com. Retrieved 2019-12-01.

[Boyd20072-1] Boyd, R. (2007). "The Nonlinear Optical Susceptibility". Nonlinear optics (به انگلیسی) (third ed.). pp. 1–67. doi:10.1016/B978-0-12-369470-6.00001-0. ISBN 978-0-12-369470-6. S2CID 15660817.

[handbookNL2-2] Sutherland, Richard L. (2003). Handbook of Nonlinear Optics (به انگلیسی) (2nd ed.). CRC Press. ISBN 978-0-8247-4243-0.

[boyd2-3] Boyd, R.W. (2007). Nonlinear optics (به انگلیسی) (third ed.). Elsevier. ISBN 978-0-12-369470-6.

[MoreauxSandre2001-4] Moreaux, Laurent; Sandre, Olivier; Charpak, Serge; Blanchard-Desce, Mireille; Mertz, Jerome (2001). "Coherent Scattering in Multi-Harmonic Light Microscopy". Biophysical Journal. 80 (3): 1568–1574. Bibcode:2001BpJ....80.1568M. doi:10.1016/S0006-3495(01)76129-2. ISSN 0006-3495. PMC 1301348. PMID 11222317.

[KajzarMessier1985-5] Kajzar, F.; Messier, J. (1985). "Third-harmonic generation in liquids". Physical Review A. 32 (4): 2352–2363. Bibcode:1985PhRvA..32.2352K. doi:10.1103/PhysRevA.32.2352. ISSN 0556-2791. PMID 9896350.

[ChengXie2002-6] Cheng, Ji-Xin; Xie, X. Sunney (2002). "Green's function formulation for third-harmonic generation microscopy". Journal of the Optical Society of America B. 19 (7): 1604. Bibcode:2002JOSAB..19.1604C. doi:10.1364/JOSAB.19.001604. ISSN 0740-3224.

[7] Pavone, Francesco S.; Campagnola, Paul J. (2016). Second Harmonic Generation Imaging, 2nd edition. CRC Taylor&Francis. ISBN 978-1-4398-4914-9.

[KojimaKonno2000-8] Kojima, Tetsuo; Konno, Susumu; Fujikawa, Shuichi; Yasui, Koji; Yoshizawa, Kenji; Mori, Yusuke; Sasaki, Takatomo; Tanaka, Mitsuhiro; Okada, Yukikatsu (2000). "20-W ultraviolet-beam generation by fourth-harmonic generation of an all-solid-state laser". Optics Letters. 25 (1): 58–60. Bibcode:2000OptL...25...58K. doi:10.1364/OL.25.000058. ISSN 0146-9592. PMID 18059781.

[9] "BBO for FHG". raicol.com. Retrieved 2019-12-01.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]

لیزر
List of laser articles List of laser types List of laser applications Laser acronyms انواع لیزر: Solid-state لیزر دیودی Dye لیزر گازی Chemical لیزر اگزایمر Ion Metal Vapor
فیزیک لیزر	ناحیه فعال لیزر Amplified spontaneous emission Continuous wave سرمایش دوپلر کند و سوز لیزری سرمایش لیزری Laser linewidth Lasing threshold Magneto-optical trap انبرک نوری وارونگی جمعیت Resolved sideband cooling پالس فوق-کوتاه
اپتیک لیزر	Beam expander Beam homogenizer B Integral Chirped pulse amplification کلیدزنی بهره Gaussian beam Injection seeder Laser beam profiler M squared قفل مدی Multiple-prism grating laser oscillator Multiphoton intrapulse interference phase scan تقویت‌کننده نوری کاواک اپتیکی جداکننده نوری Output coupler سوئیچ کیو Regenerative amplification
طیف‌بینی	Cavity ring-down spectroscopy میکروسکوپ اسکن لیزری هم-کانونی Laser-based angle-resolved photoemission spectroscopy آنالیز پراش لیزر طیف‌بینی فروشکست القایی لیزری Laser-induced fluorescence Noise-immune cavity-enhanced optical heterodyne molecular spectroscopy طیف‌سنجی رامان Second-harmonic imaging microscopy Terahertz time-domain spectroscopy Tunable diode laser absorption spectroscopy Two-photon excitation microscopy Ultrafast laser spectroscopy
یونش لیزر	Above-threshold ionization Atmospheric-pressure laser ionization واجذب-یونش لیزری به کمک ماتریس Resonance-enhanced multiphoton ionization Soft laser desorption Surface-assisted laser desorption/ionization Surface-enhanced laser desorption/ionization
ساخت لیزر	Laser beam welding Laser bonding Laser converting برش لیزری Laser cutting bridge Laser drilling Laser engraving جوشکاری ترکیبی لیزر سختکاری سطحی با لیزر Multiphoton lithography Pulsed laser deposition ذوب لیزری انتخابی پخت لیزری انتخابی
پزشکی لیزری	Computed tomography laser mammography Laser capture microdissection لیزر رفع موهای زائد Laser lithotripsy لیزر شبکیه‌ای پی‌آرپی Laser surgery Laser thermal keratoplasty لیزیک Low-level laser therapy مقطع‌نگاری همدوسی اپتیکی لازک لیزر کسری
هم‌جوشی محصورسازی لختی	Argus laser Cyclops laser GEKKO XII HiPER ISKRA lasers Janus laser Laboratory for Laser Energetics Laser integration line Laser Mégajoule Long path laser LULI2000 Mercury laser تأسیسات ملی احتراق و علوم فوتونی Nike laser Nova (laser) Novette laser Shiva laser Trident laser Vulcan laser
کاربردهای غیرنظامی	3D laser scanner CD دی‌وی‌دی دیسک بلوری Laser lighting display اشاره‌گر لیزری Laser printer لیزرتگ
کاربردهای نظامی	Advanced Tactical Laser Boeing Laser Avenger Dazzler (weapon) Electrolaser لیزر نگارنده هدایت لیزری بمب هدایت لیزری Laser guns مسافت‌یاب لیزری Laser warning receiver سلاح لیزری LLM01 Multiple Integrated Laser Engagement System سیستم لیزری ناتیلوس نوردهی هدف ZEUS-HLONS (HMMWV Laser Ordnance Neutralization System)
Category Commons

فرایند کلی

تولید مجموع-فرکانس (اِس‌اِف‌جیی)

تولید هارمونیک-دوم (اِس‌اِچ‌جیی)

تولید هارمونیک-سوم (تی‌اِچ‌جیی)

مواد مورد استفاده برای تی‌اِچ‌جیی

تولید هارمونیک-چهارم (اِف‌اِچ‌جیی یا ۴اِچ‌جیی)

مواد مورد استفاده برای اِف‌اِچ‌جیی

تولید هارمونیک برای n > 4 {\displaystyle n>4}

منابع

جستارهای وابسته

منابع

تولید هارمونیک برای $n>4$