Tinh thể bội tần đổi ánh sáng hồng ngoại thành màu khác bằng cách nào?
Khám phá mở rộng – Vật lý 12
Một tinh thể quang phi tuyến phù hợp có thể chuyển một phần năng lượng của chùm tới sang ánh sáng ở tần số gấp đôi. Quá trình gọi là tạo sóng hài bậc hai; trong chân không, bước sóng mới bằng một nửa bước sóng ban đầu.
Vật liệu đáp ứng khác một kính lọc màu
Ở mô tả tuyến tính thông thường, trường điện của ánh sáng làm vật liệu đáp ứng chủ yếu cùng tần số. Trong đáp ứng phi tuyến có thành phần bậc hai, dao động điện của vật liệu có thể chứa một thành phần ở hai lần tần số đó.
Thành phần này có thể phát thành sóng ánh sáng mới. Vì vậy, tinh thể không chỉ lấy ra một màu đã sẵn có như gương lưỡng sắc; nó tham gia chuyển năng lượng giữa những thành phần trường khác tần số.
Năng lượng của ánh sáng mới đến từ chùm cũ
Theo cách diễn đạt lượng tử, quá trình có thể được mô tả như hai lượng tử của trường cơ bản góp năng lượng cho một lượng tử ở tần số đôi. Photon mới nhiều năng lượng hơn một photon đầu vào, nhưng tổng năng lượng không tự tăng.
Một chùm có thể còn nhiều ánh sáng cơ bản sau tinh thể. Thiết bị thường cần phần tử quang để tách các thành phần sau chuyển đổi; việc tách ấy khác bản thân quá trình tạo tần số mới.
Các vùng trong tinh thể phải phối hợp được
Sóng mới được tạo ở nhiều vị trí. Nếu pha giữa các đóng góp lệch bất lợi, chúng có thể triệt tiêu một phần thay vì tích lũy hiệu quả. Ghép pha hoặc cách tổ chức miền vật liệu giúp kiểm soát vấn đề này.
Vật liệu, phân cực, hướng đặt, nhiệt độ và cấu trúc miền đều có thể quan trọng tùy thiết kế. Tăng cường độ cũng có giới hạn do hấp thụ và hư hại. Không thể đưa mọi chùm laser qua một viên đá trong suốt bất kỳ rồi có màu mới mạnh.
Hiểu lầm: ánh sáng được nhân đôi tần số nghĩa là nhân đôi tổng công suất mà không thêm nguồn. Cần phân biệt năng lượng mỗi photon với tổng năng lượng của cả chùm.
Ghi nhớ: đáp ứng phi tuyến tạo tần số mới, ghép pha giúp tích lũy, và năng lượng được lấy từ trường kích ban đầu.
Đọc thêm
- Điện trường điều khiển ánh sáng trong bộ điều biến Pockels ra sao?
- Gương lưỡng sắc chia ánh sáng thành hai dải màu bằng cách nào?