Génération d'harmonique
Ne doit pas être confondu avec Génération d'harmoniques d'ordre élevé ou Génération harmonique.
La génération d'harmonique (GH, HG (en) aussi appelée génération d'harmonique d'ordre n) est un processus d'optique non linéaire dans lequel n photons avec la même fréquence interagissant avec un milieu non linéaire, se « combinent » générant un nouveau photon avec n fois l'énergie des photons initiaux (de manière équivalente, n fois la fréquence et de longueur d'onde divisée par n).
Processus général modifier
Dans un milieu ayant une susceptibilité non linéaire suffisamment grande, la génération d'harmonique est possible. Notez que pour les ordres pairs (n = 2, 4, ...), le milieu ne doit pas avoir de centre de symétrie (être non-centrosymétrique)[1].
Du fait que le processus nécessite que de nombreux photons soient présents en même temps et au même endroit, la génération d'harmonique a une faible probabilité de se produire, et cette probabilité diminue avec l'ordre n (car besoin de plus de photons). Pour générer efficacement, la symétrie du milieu doit permettre d'amplifier le signal (par accord de phase par exemple), et la source lumineuse doit être intense et bien contrôlée spatialement (grâce à un laser collimaté) et temporellement (plus de signal généré si le laser a de courtes impulsions)[2].
Génération de somme de fréquence (SFG) modifier
Cas spécial où le nombre de photons en interaction est n = 2, mais avec deux photons de pulsations différentes et .
Génération de seconde harmonique (SHG) modifier
Cas spécial où le nombre de photons en interaction est n = 2, avec deux photons de même pulsation . C'est aussi un cas particulier de SFG où les 2 photons ont la même fréquence.
Génération de troisième harmonique (THG) modifier
Un cas particulier où le nombre de photons en interaction est n = 3, si tous les photons ont la même pulsation . S'ils ont des fréquences différentes, c'est un processus de mélange à quatre ondes, plus général. Ce processus implique la susceptibilité non linéaire du 3e ordre [3].
Contrairement à la SHG, c'est un processus volumétrique [4] et a été démontrée dans des liquides [5]. Cependant, elle est exaltée aux interfaces [6].
Matériaux utilisés pour la THG modifier
Des cristaux non linéaires comme le BBO (β-BaB2O4) ou le LBO peuvent convertir de la THG. Sinon, de la THG peut être générée à partir de membranes en microscopie [7].
Génération de 4e harmonique (FHG ou 4HG) modifier
Cas spécial où le nombre de photons en interaction est n = 4. Prouvée expérimentalement vers les années 2000 [8], des lasers puissants permettent désormais de générer de la FHG efficacement. Ce processus implique la susceptibilité non linéaire du 4e ordre .
Materiaux utilisés pour la FHG modifier
Génération d'harmonique d'ordre n > 4 modifier
La génération d'harmoniques pour n = 5 (5HG) ou plus est théoriquement possible, mais l'interaction nécessite qu'un très grand nombre de photons se "combinent", et a donc une faible probabilité de se produire : le signal à des harmoniques plus élevées sera très faible, et nécessite un laser très intense pour être généré. Pour générer des harmoniques d'ordre (très) élevé (comme n = 30 ou plus), un processus sensiblement différent peut être utilisé: la génération d'harmoniques d'ordre élevé (en).
Sources modifier
- (en) R.W. Boyd, Nonlinear optics (third edition), Burlington, MA, Academic Press, (ISBN 978-0-12-369470-6, lire en ligne)
- (en) Richard L. Sutherland, Handbook of Nonlinear Optics (2nd edition), , 976 p. (ISBN 978-0-8247-4243-0, lire en ligne)
- (en) Eugene Hecht, Optics (4th Edition), Addison-Wesley, , 698 p. (ISBN 978-0-8053-8566-3)
- (en) Frits Zernike et John E. Midwinter, Applied Nonlinear Optics, Dover Publications, , 197 p. (ISBN 978-0-486-45360-6, lire en ligne)
- « THG: an overview », sur sciencedirect.com (consulté le )
Notes et références modifier
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Harmonic_generation » (voir la liste des auteurs).
- (en) R. Boyd, Nonlinear optics (third edition), Burlington, MA, Academic Press, , 1–67 p. (ISBN 978-0-12-369470-6, DOI 10.1016/B978-0-12-369470-6.00001-0), « The Nonlinear Optical Susceptibility »
- (en) Richard L. Sutherland, Handbook of Nonlinear Optics (2nd edition), , 976 p. (ISBN 978-0-8247-4243-0, lire en ligne)
- (en) R.W. Boyd, Nonlinear optics (third edition), Burlington, MA, Academic Press, (ISBN 978-0-12-369470-6, lire en ligne)
- Laurent Moreaux, Olivier Sandre, Serge Charpak, Mireille Blanchard-Desce et Jerome Mertz, « Coherent Scattering in Multi-Harmonic Light Microscopy », Biophysical Journal, vol. 80, no 3, , p. 1568–1574 (DOI 10.1016/S0006-3495(01)76129-2)
- F. Kajzar et J. Messier, « Third-harmonic generation in liquids », Physical Review A, vol. 32, no 4, , p. 2352–2363 (ISSN 0556-2791, DOI 10.1103/PhysRevA.32.2352)
- Ji-Xin Cheng et X. Sunney Xie, « Green's function formulation for third-harmonic generation microscopy », Journal of the Optical Society of America B, vol. 19, no 7, , p. 1604 (ISSN 0740-3224, DOI 10.1364/JOSAB.19.001604)
- Francesco S. Pavone et Paul J. Campagnola, Second Harmonic Generation Imaging, 2nd edition, CRC Taylor&Francis, , 476 p. (ISBN 978-1-4398-4914-9, lire en ligne)
- Tetsuo Kojima, Susumu Konno, Shuichi Fujikawa, Koji Yasui, Kenji Yoshizawa, Yusuke Mori, Takatomo Sasaki, Mitsuhiro Tanaka et Yukikatsu Okada, « 20-W ultraviolet-beam generation by fourth-harmonic generation of an all-solid-state laser », Optics Letters, vol. 25, no 1, , p. 58 (ISSN 0146-9592, DOI 10.1364/OL.25.000058)
- « BBO for FHG », sur raicol.com (consulté le )
