Какой низкоуровневый процесс управляет кристаллом, удваивающим частоту?

Я читал о кристаллах генерации второй гармоники (ГВГ) (или кристаллах с удвоением частоты), используемых для получения зеленого лазерного излучения из ИК-диапазона.

Какой низкоуровневый процесс в кристалле на самом деле превращает два фотона в один? Я думаю о процессе на уровне КЭД (или, по крайней мере, о том, что происходит на этом уровне). Запись в Википедии о SHG на самом деле не касается этого (в ней просто упоминается, что это нелинейное явление...).

Или, другими словами, какая простейшая система возможна (теоретически), которая может показать явления, даже если с очень низкой эффективностью?

Редактировать: дополнение к вопросу: какие ограничения, связанные с энтропией, существуют для входящих фотонов в этих процессах, чтобы, например, избежать превращения тепла в более приятные фотоны с более высокой энергией?

Отличный вопрос - я должен знать ответ, но не знаю. Кажется, вокруг не так много людей, которые могут описать подобные оптические процессы на фундаментальном уровне — я долго пытался найти кого-нибудь, кто нарисует диаграммы Фейнмана только с фундаментальными частицами (вы видите несколько «фейнмановских диаграммы» в текстах с «атомами» или «системами» в них). Я предполагаю , что это не будет настоящее объединение фотонов: это будет абсолютно упругое поглощение и переизлучение, при котором ни энергия, ни импульс, ни угловой момент не теряются в окружающей среде. Во-вторых, скорее всего....
... включают «реальные» состояния, в отличие от виртуального состояния, которое приводит к двухфотонной флуоресценции (в последнем случае виртуальное состояние не находится посередине между двумя реальными состояниями: некоторая энергия теряется в среде и, например, , флуоресцеин имеет пик двухфотонного поглощения примерно при 780 нм, тогда как пик его флуоресценции составляет 532 нм ( 532 ≠ 780 / 2 !). ГСП, как вы знаете, выдает настоящую вторую гармонику.
Спасибо, да, у меня есть куча других процессов, которые я хотел бы понять на этом уровне, как только мы закончим с этим ;) Что также интересно, так это то, что такое «энтропийное бегство» для этой ситуации - я предполагаю, что есть строгие требования на кинематические свойства входящего фотона (поскольку вообще вы не можете сделать хорошие высокоэнергетические фотоны из хаотических тепловых фотонов).
Бьорн, я думаю, вам также следует добавить свой последний комментарий к вашему вопросу или, может быть, задать его как второй вопрос, как только вы получите ответ на текущий. Это тоже отличный вопрос, и на практике ГВГ всегда делается с помощью лазеров - но, как вы говорите, это просто потому, что лазеры - это способ получить интенсивности, необходимые для нелинейности, или есть «энтропийный шлюз»?

Ответы (1)

Следует отметить, что это не просто кристалл, а кристалл, когерентно накачиваемый сильным лазерным полем, в котором наблюдается ГВГ. В этой настройке насос создает периодическую модуляцию показателя преломления (таким образом, требуется не лайнерная среда), которая эффективно действует как фазовая решетка.

Один из способов думать о ГВГ состоит в том, что это динамический эффект Казимира. Здесь вместо зеркала, колеблющегося на оптической частоте, длина оптического пути кристалла колеблется на этой частоте из-за нелинейного отклика кристалла, создавая фотоны из вакуума за счет фотонов, модулирующих кристалл.

В терминах более традиционных фотон-фотонных процессов вы, конечно, можете написать диаграммы Фейнмана и рассчитать матрицы рассеяния для аннигиляции двух фотонов в одной моде и создания другого в направлении фазового синхронизма. Пример приведен (Для обратного процесса) здесь . (см. стр. 100 или около того).

Кроме того, чтобы обратиться к вашему последнему пункту (с которым я не так знаком). Насколько я понимаю, параметрические процессы, такие как ГВГ, не передают энергию среде, и поэтому нет резервуара для передачи тепловой энергии фотонам. Процесс полностью последователен.

Надеюсь это поможет.

Спасибо и +1 за ссылку на лекции по нелинейной оптике. Когда вы пишете, что кристалл накачивается сильным лазерным полем, можете ли вы сказать, что процесс удвоения не может происходить без участия макроскопического количества фотонов? Или это больше похоже на то, что вы используете сильное лазерное поле, чтобы получить полезный сигнал на практике?
Привет, Бьорн, х ( 2 ) коэффициент, определяющий вероятность протекания процесса, является функцией мощности накачки. В принципе, один фотон накачки может управлять ГВГ, но этот процесс маловероятен. По порядку величины: хороший КПД преобразования на 1 Вт накачки составляет около 0,1. 1 Вт синего света соответствует примерно 10 20 фотонов в секунду, и процесс является линейным в E-поле и, таким образом, представляет собой квадратный корень из мощности. Таким образом, можно было бы ожидать эффективность около 10 − 11 на уровне интенсивности один фотон/с, т.е. одно событие каждые 3000 лет.
Какой низкоуровневый процесс управляет кристаллом, удваивающим частоту?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v