Espectroscopia de generación de frecuencia de suma
La espectroscopia de generación de frecuencia de suma ( SFG ) es una técnica de espectroscopia láser no lineal utilizada para analizar superficies e interfaces. En una configuración típica de SFG, dos rayos láser se mezclan en una interfaz y generan un rayo de salida con una frecuencia igual a la suma de las dos frecuencias de entrada, viajando en una dirección dada por la suma de los vectores de onda de los rayos incidentes . La técnica fue desarrollada en 1987 por Yuen-Ron Shen y sus alumnos como una extensión de la espectroscopia de generación de segundo armónico y se aplicó rápidamente para deducir la composición, las distribuciones de orientación y la información estructural de las moléculas en los estados gas-sólido, gas-líquido y líquido-sólido. interfaces [1] [2] Poco después de su invención, Philippe Guyot-Sionnest amplió la técnica para obtener las primeras medidas de dinámica electrónica y vibratoria en superficies. [3] [4] [5] SFG tiene ventajas en su capacidad para ser monocapa sensible a la superficie, la capacidad de realizarse in situ (por ejemplo, superficies acuosas y en gases) y su capacidad para proporcionar una resolución de tiempo ultrarrápida. SFG proporciona información complementaria a la espectroscopia infrarroja y Raman . [6]
La espectroscopia de generación de frecuencia de suma visible IR utiliza dos rayos láser (una sonda infrarroja y una bomba visible) que se superponen espacial y temporalmente en la superficie de un material o en la interfaz entre dos medios. Se genera un haz de salida a una frecuencia de la suma de los dos haces de entrada. Los dos haces de entrada deben poder acceder a la superficie con intensidades suficientemente altas, y el haz de salida debe poder reflejarse (o transmitir a través) de la superficie para ser detectado. [7] En términos generales, la mayoría de los espectrómetros de suma de frecuencias se pueden considerar como uno de dos tipos, sistemas de exploración (aquellos con haces de sonda de ancho de banda estrecho) y de banda ancha .(aquellos con haces de sonda de ancho de banda amplio). Para el primer tipo de espectrómetro, el haz de la bomba es un láser de longitud de onda visible mantenido a una frecuencia constante, y el otro (el haz de la sonda) es un láser infrarrojo sintonizable; al sintonizar el láser IR, el sistema puede escanear resonancias moleculares y obtener un espectro vibracional de la región interfacial por partes. [6] En un espectrómetro de banda ancha, el haz visible de la bomba se mantiene nuevamente en una frecuencia fija, mientras que el haz de la sonda es espectralmente amplio. Estos rayos láser se superponen en una superficie, pero pueden acceder a una gama más amplia de resonancias moleculares simultáneamente que un espectrómetro de barrido y, por lo tanto, los espectros se pueden adquirir significativamente más rápido, lo que permite realizar mediciones resueltas en el tiempo con sensibilidad interfacial. [8]
Para un proceso óptico no lineal dado, la polarización que genera la salida viene dada por
donde es la susceptibilidad no lineal de orden th, para .
![{\displaystyle i\in [1,2,3,\dots,n]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1b289ebac4bd3dd4a4b2f6eafce56b80626b5819)
Vale la pena señalar que todas las susceptibilidades de orden par se vuelven cero en medios centrosimétricos . Una prueba de esto es la siguiente.