Hiperpolaryzowalność

Hiperpolaryzowalność – wielkość fizyczna z dziedziny optyki opisująca zdolność cząsteczki dielektryka do nieliniowego odkształcania się pod wpływem silnego zewnętrznego pola elektrycznego promieniowania i tworzenia w ten sposób dipoli elektrycznych, co makroskopowo prowadzi do polaryzacji dielektryka.

Definicja

W substancji izotropowej hiperpolaryzowalność jest podatnością elektryczną drugiego rzędu na jednostkę objętości. Hiperpolaryzowalnością nazywamy wielkość $\beta$ we wzorze:

$\mu =\alpha \cdot E+{\frac {1}{2}}\beta \cdot E^{2}+\ldots$

gdzie:

$\alpha$ – polaryzowalność substancji,

$\mu$ – elektryczny moment dipolowy cząsteczki lub atomu substancji,

$E$ – natężenie zewnętrznego pola elektrycznego promieniowania padającego na substancję.

Gdy w równaniu pojawią się wyrazy z wyższymi potęgami $E,$ wówczas współczynniki w nich występujące nazywamy hiperpolaryzowalnością drugiego, trzeciego (itd.) rzędu.

Zastosowanie

Hiperpolaryzacja leży u podstaw działania podwajaczy częstotliwości (zwanych też generatorami drugiej harmonicznej) w technice laserowej. Podwajanie albo potrajanie częstotliwości zachodzi np. gdy laser Laser neodymowy Nd:YAG (który normalnie emituje promieniowanie o długości fali 1064 nm) produkuje odpowiednio zielone światło 532nm albo ultrafioletowe 355nm. Inne powszechne materiały, które mogą być użyte jako podwajacze częstotliwości to: diwodorofosforan potasu (KH
2PO
4), niobian litu (LiNbO
3) i β-boran baru (Ba(BO
2)
2).

Zasada podwajacza częstości

W świetle o niskim natężeniu większość substancji odpowiada liniowo. Natomiast przy świetle o wysokim natężeniu niektóre substancje odpowiadają nieliniowo i składnik ${\frac {1}{2}}\beta \cdot E^{2}$ przestaje być pomijalny. Jeśli założymy, że padające światło o częstości $\omega =2\pi \nu$ ma pole elektryczne równe $E_{0}\cos(\omega t),$ to wtedy nieliniowy współczynnik $\beta \cdot E^{2}$ może zostać zapisany następująco:

$\beta \cdot E^{2}=\beta \cdot E_{0}^{2}\cos ^{2}(\omega t)={\frac {1}{2}}\beta E_{0}^{2}(1+\cos(2\omega t))$

Ponieważ nieliniowa polaryzowalność powoduje oscylacje o częstości $2\omega ,$ może ona stanowić źródło promieniowania o częstości $2\omega .$

Zobacz też

• generacja drugiej harmonicznej

Linki zewnętrzne

• The Nonlinear Optics Web Site (ang.)