Generación de frecuencia suma

La generación de frecuencia suma ( SFG ) es un proceso óptico no lineal de segundo orden basado en la mezcla de dos fotones de entrada a frecuencias${\displaystyle \omega _{1}}$y${\displaystyle \omega _{2}}$para generar un tercer fotón a frecuencia${\displaystyle \omega _{3}}$. ^{[ 1 ]} Como con cualquier${\displaystyle \chi ^{(2)}}$fenómeno óptico en óptica no lineal , esto solo puede ocurrir bajo condiciones donde: la luz está interactuando con materia, que carece de centrosimetría (por ejemplo, superficies e interfaces); la luz tiene una intensidad muy alta (típicamente de un láser pulsado ). La generación de frecuencia suma es un "proceso paramétrico", ^{[ 2 ]} lo que significa que los fotones satisfacen la conservación de la energía, dejando la materia sin cambios,${\displaystyle \hbar \omega _{3}=\hbar \omega _{1}+\hbar \omega _{2}}$Es la base de técnicas experimentales como la espectroscopia de generación de frecuencia suma .

Un caso especial de generación de frecuencia suma es la generación de segundo armónico , en la que${\displaystyle \omega _ {1} = \ omega _ {2}}$De hecho, en física experimental, este es el tipo más común de generación de frecuencia suma. Esto se debe a que en la generación de segundo armónico, solo se requiere un haz de luz de entrada, pero si${\displaystyle \omega _{1}\neq \omega _{2}}$, se requieren dos haces simultáneos, lo que puede ser más difícil de organizar. En la práctica, el término "generación de frecuencia suma" generalmente se refiere al caso menos común en el que${\displaystyle \omega _{1}\neq \omega _{2}}$.

Para que la generación de frecuencia suma se produzca de manera eficiente, deben cumplirse las condiciones de coincidencia de fase : ^{[ 3 ]}

${\displaystyle \hbar k_{3}\approx \hbar k_{1}+\hbar k_{2}}$

dónde${\displaystyle k_{1},k_{2},k_{3}}$son los números de onda angulares de las tres ondas a medida que se propagan a través del medio. (Nótese que la ecuación se asemeja a la ecuación de conservación del momento ). A medida que esta condición se cumple con mayor precisión, la generación de frecuencia suma se vuelve cada vez más eficiente.

La espectroscopia de generación de frecuencia suma utiliza dos haces láser mezclados en una interfaz para generar un haz de salida con una frecuencia igual a la suma de las frecuencias de entrada. Esta técnica se emplea para analizar superficies e interfaces, aportando información complementaria a la espectroscopia infrarroja y Raman . ^{[ 4 ]}