고조파 생성

고조파 생성(, HG, 또는 다중 고조파 생성())은 동일한 진동수를 가진 개의 광자가 비선형 물질과 상호작용하여 "결합"하고, 초기 광자 에너지의 배(동등하게는 진동수의 배 및 파장을 으로 나눈 값)를 가진 새로운 광자를 생성하는 비선형 광학 과정이다.

 일반적인 과정 
상당한 비선형 감수율을 가진 매질에서 고조파 생성이 가능하다. 짝수 차수()의 경우, 매질은 대칭 중심이 없어야 한다(비중심대칭).

이 과정은 많은 광자가 동시에 같은 장소에 존재해야 하므로 발생 확률이 낮으며, 이 확률은 차수 이 증가함에 따라 감소한다. 효율적으로 생성하려면 매질의 대칭성이 신호를 증폭시킬 수 있어야 하고(예를 들어 위상 정합을 통해), 광원은 강렬하고 공간적으로 잘 제어되어야 하며(집속된 레이저 사용), 시간적으로도 잘 제어되어야 한다(레이저가 짧은 펄스를 가질수록 더 많은 신호).

 합 주파수 생성 (SFG) 

상호작용하는 광자의 수가 이지만, 과 의 서로 다른 두 광자로 이루어진 특별한 경우.

 2차 고조파 생성 (SHG) 

상호작용하는 광자의 수가 인 특별한 경우. 또한 두 광자가 동일한 진동수 를 가질 때의 합 주파수 생성의 특별한 경우이다.

 3차 고조파 생성 (THG) 
모든 광자가 동일한 진동수 를 가질 때 상호작용하는 광자의 수가 인 특별한 경우. 만약 진동수가 다르다면 사광파 혼합이라는 일반적인 용어가 선호된다. 이 과정은 3차 비선형 감수율 을 포함한다.

SHG와 달리 부피 과정이며 액체에서도 나타났다. 그러나 계면에서 강화된다.

 THG에 사용되는 물질 
붕산 바륨 (β-BaB2O4) 또는 LBO와 같은 비선형 결정은 THG를 변환할 수 있으며, 그렇지 않으면 THG는 현미경의 막에서 생성될 수 있다.

 4차 고조파 생성 (FHG 또는 4HG) 
상호작용하는 광자의 수가 인 특별한 경우. 2000년경에 보고되었으며, 강력한 레이저가 효율적인 FHG를 가능하게 한다. 이 과정은 4차 비선형 감수율 을 포함한다.

 FHG에 사용되는 물질 
일부 붕산 바륨 (β-BaB2O4)은 FHG에 사용된다.

 에 대한 고조파 생성 
 (5HG) 이상의 고조파 생성은 이론적으로 가능하지만 상호작용에 매우 많은 수의 광자가 필요하여 발생 확률이 낮다. 따라서 고차 고조파 신호는 매우 약할 것이며, 이를 생성하기 위해서는 매우 강렬한 레이저가 필요하다. 고차 고조파(예:  등)를 생성하려면 고차 고조파 생성이라는 상당히 다른 과정을 사용할 수 있다.

 출처 





 같이 보기 
 비선형 광학
 2차 고조파 생성
 고차 고조파 생성
 광학 주파수 곱셈기

 각주 

분류:비선형 광학