Un proceso paramétrico es un proceso óptico en el que la luz interactúa con la materia de tal manera que deja inalterado el estado cuántico del material. Como consecuencia directa de esto, no puede haber transferencia neta de energía , momento o momento angular entre el campo óptico y el sistema físico . Por el contrario, un proceso no paramétrico es un proceso en el que cambia cualquier parte del estado cuántico del sistema. [1]
Características temporales
Debido a que un proceso paramétrico prohíbe un cambio neto en el estado energético del sistema, los procesos paramétricos son "instantáneos". Por ejemplo, si un átomo absorbe un fotón con energía E, la energía del átomo aumenta en ΔE = E, pero como proceso paramétrico, el estado cuántico no puede cambiar y, por lo tanto, el estado de energía elevada debe ser un estado virtual temporal . Por el principio de incertidumbre de Heisenberg sabemos que ΔEΔt ~ ħ / 2, por lo que la vida útil de un proceso paramétrico es aproximadamente Δt ~ ħ / 2ΔE, que es apreciablemente pequeña para cualquier ΔE distinto de cero. [1]
Procesos paramétricos versus no paramétricos
Óptica lineal
En un sistema óptico lineal, la polarización dieléctrica , P , responde linealmente a la presencia de un campo eléctrico , E , y así podemos escribir
donde ε 0 es la constante eléctrica , χ es la susceptibilidad eléctrica ( compleja ) y n r (n i ) es el componente real (imaginario) del índice de refracción del medio. Los efectos de un proceso paramétrico afectarán solo a n r , mientras que un valor distinto de cero de n i solo puede ser causado por un proceso no paramétrico.
Así, en óptica lineal, un proceso paramétrico actuará como un dieléctrico sin pérdidas con los siguientes efectos:
Alternativamente, los procesos no paramétricos a menudo implican pérdidas (o ganancias) y dan lugar a:
- Absorción
- Dispersión inelástica
- Varios procesos de emisión óptica
Óptica no lineal
En un medio no lineal , la polarización dieléctrica P responde de forma no lineal al campo eléctrico E de la luz. Como un proceso paramétrico es en general coherente, muchos procesos paramétricos no lineales dependerán de la adaptación de fases y, por lo general, dependerán de la polarización .
Ejemplos de procesos paramétricos no lineales:
- Generación de segundo armónico (SHG), o duplicación de frecuencia , generación de luz con una frecuencia duplicada (la mitad de la longitud de onda)
- Generación de tercer armónico (THG), generación de luz con una frecuencia triplicada (un tercio de la longitud de onda) (generalmente se hace en dos pasos: SHG seguido de SFG de ondas originales y de frecuencia duplicada)
- Generación de armónicos altos (HHG), generación de luz con frecuencias mucho mayores que la original (típicamente de 100 a 1000 veces mayor)
- Generación de suma de frecuencia (SFG), generación de luz con una frecuencia que es la suma de otras dos frecuencias (SHG es un caso especial de esto)
- Generación de frecuencia de diferencia (DFG), generación de luz con una frecuencia que es la diferencia entre otras dos frecuencias
- Amplificación paramétrica óptica (OPA), amplificación de una señal de entrada en presencia de una onda de bombeo de frecuencia más alta, al mismo tiempo que genera una onda inactiva (puede considerarse como DFG)
- Oscilación paramétrica óptica (OPO), generación de una señal y onda inactiva usando un amplificador paramétrico en un resonador (sin entrada de señal)
- Generación paramétrica óptica (OPG), como oscilación paramétrica pero sin resonador, usando una ganancia muy alta en su lugar
- Conversión descendente paramétrica espontánea (SPDC), la amplificación de las fluctuaciones de vacío en el régimen de baja ganancia
- Efecto Kerr óptico , índice de refracción dependiente de la intensidad
- Autoenfoque
- Modelo de lentes Kerr (KLM)
- Modulación de fase automática (SPM), un efecto
- Solitones ópticos
- Modulación de fase cruzada (XPM)
- Mezcla de cuatro ondas (FWM), también puede surgir de otras no linealidades
- Generación de ondas de polarización cruzada (XPW), a efecto en el que se genera una onda con vector de polarización perpendicular a la entrada
Ejemplos de procesos no lineales no paramétricos:
- Dispersión Raman estimulada
- Amplificación Raman
- La absorción de dos fotones , la absorción simultánea de dos fotones, la transferencia de la energía a un solo electrón
- Absorción multifotónica
- Fotoionización múltiple , eliminación casi simultánea de muchos electrones unidos por un fotón
Ver también
- Óptica no lineal
Notas
- ^ a b Véase la sección Procesos paramétricos versus no paramétricos, Óptica no lineal de Robert W. Boyd (3ª ed.), págs. 13-15.
Referencias
- Boyd, Robert (2008). Óptica no lineal (3ª ed.). Prensa académica. págs. 13-15. ISBN 978-0-12-369470-6.
- Paschotta, Rüdiger, "No linealidades paramétricas" , Enciclopedia de física y tecnología láser