Geração de segundo harmônico

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Esquema do nível de energia de um processo SHG.
Um elétron (púrpura) está sendo empurrado lado-a-lado por uma força senoidalmente oscilante, i.e. o campo elétrico da luz. Mas porque o elétron está em um ambiente de energia potencial anarmônica (curva preta), o movimento do elétron é não senoidal. As três setas mostram o série de Fourier do movimento: A seta azul corresponde a suscetibilidade ordinária (linear), a seta verde corresponde a geração de segundo harmônico, e a seta vermelha corresponde a retificação óptica.

Geração de segundo harmônico (também chamada duplicação de frequência ou abreviadamente na literatura SHG, do inglês second-harmonic generation) é um processo óptico não linear, no qual fótons com a mesma frequência que interage com um material não-linear são efetivamente "combinados" para gerar novos fótons com o dobro da energia, e portanto o dobro da frequência e metade do comprimento de onda dos fótons iniciais. A geração de segundo harmônico, como um (óptica)|efeito óptico de ordem par não linear, só é permitido em meios sem simetria de inversão. É um caso especial de geração de frequência soma e é o inverso da geração de meio-harmônico.

A geração de segundo harmônico foi primeiramente demonstrada por Peter Franken, A. E. Hill, C. W. Peters e G. Weinreich na Universidade de Michigan, Ann Arbor, em 1961.[1] A demonstração foi possível pela invenção do laser, o qual criou a luz coerente de alta intensidade requerida. Eles focaram um laser de rubi com um comprimento de onda de 694 nm em uma amostra de quartzo. Eles enviaram a luz de saída através de um espectrômetro, registrando o espectro em papel fotográfico, que indicou a produção de luz a 347 nm. Quando publicado na revista científica Physical Review Letters,[1] em caso famoso, o editor de cópias confundiu o ponto fraco (a 347 nm) no papel fotográfico como uma mancha de sujeira e o removeu da publicação.[2] A formulação da SHG foi inicialmente descrita por N. Bloembergen e P. S. Pershan em Harvard em 1962.[3] Na sua extensa avaliação das equações de Maxwell na interface planar entre um meio linear e um não linear, várias regras para a interação da luz em meios não-lineares foram elucidadas.

A geração de segundo harmônico, muitas vezes chamada de duplicação de frequência, também é um processo em comunicação de rádio; foi desenvolvida no início do século XX, e tem sido usadas com frequências na faixa de megahertz. É um caso especial de multiplicação de frequência.

Referências

  1. a b Franken, P.; Hill, A.; Peters, C.; Weinreich, G. (1961). «Generation of Optical Harmonics». Physical Review Letters. 7 (4): 118–119. Bibcode:1961PhRvL...7..118F. doi:10.1103/PhysRevLett.7.118 
  2. Haroche, Serge (17 de outubro de 2008). «Essay: Fifty Years of Atomic, Molecular and Optical Physics in Physical Review Letters». Physical Review Letters. 101 (16): 160001. Bibcode:2008PhRvL.101p0001H. PMID 18999650. doi:10.1103/PhysRevLett.101.160001 
  3. Bloembergen, N.; Pershan, P. S. (1962). «Light Waves at Boundary of Nonlinear Media». Physical Review. 128 (2): 606–622. Bibcode:1962PhRv..128..606B. doi:10.1103/PhysRev.128.606