高調波発生

高調波発生（HG、多重高調波発生とも呼ばれる）は、非線形光学プロセスであり、${\displaystyle n}$同じ周波数の光子が非線形物質と相互作用し、「結合」して、新しい光子を生成する${\displaystyle n}$初期光子のエネルギーの倍数（等価的に、${\displaystyle n}$周波数と波長を​${\displaystyle n}$)

非線形感受性が相当程度ある媒質では、高調波発生が可能である。偶数次の場合、${\displaystyle n=2,4,\dots }$) 媒体は対称中心を持たない（非中心対称）でなければならない。^{[ 1 ]}

このプロセスでは多数の光子が同時に同じ場所に存在する必要があるため、生成プロセスが発生する確率は低く、この確率は次数とともに減少します。${\displaystyle n}$効率的に生成するには、媒体の対称性によって信号が増幅される必要があり（例えば位相整合によって）、光源は空間的にも時間的にも強力かつ適切に制御されている必要がある（レーザーのパルスが短いほど信号が大きくなる）。^{[ 2 ]}

相互作用における光子の数が${\displaystyle n=2}$しかし、周波数の異なる2つの光子$\displaystyle \omega _{1}}$そして$\displaystyle \omega _{2}}$。

相互作用における光子の数が${\displaystyle n=2}$また、和周波発生の特殊なケースとして、両方の光子が同じ周波数である場合も挙げられます。${\displaystyle \omega }$。

相互作用における光子の数が${\displaystyle n=3}$すべての光子が同じ周波数を持っている場合${\displaystyle \omega }$周波数が異なる場合は、一般的に四波混合という用語が好まれる。このプロセスには3次非線形感受率が関係する。$\displaystyle \chi ^{(3)}}$[ ^{3 ]​}

SHGとは異なり、体積プロセスであり^{[ 4 ]}、液体中で実証されている^{[ 5 ]} 。ただし、界面で増強される^{[ 6 ] 。}

相互作用する光子の数が${\displaystyle n=4}$2000年頃に報告された^{[ 8 ]}強力なレーザーによって効率的なFHGが可能になった。このプロセスには4次非線形感受率が関係している。$\displaystyle \chi ^{(4)}}$。

高調波発生${\displaystyle n=5}$（5HG）以上は理論的には可能ですが、相互作用には非常に多くの光子が必要となるため、発生する確率は低くなります。高調波の信号は非常に弱くなり、非常に強力なレーザーを生成する必要があります。高調波（例えば）を生成するには${\displaystyle n=30}$など）、実質的に異なる高調波発生プロセスを用いることができる。

• Boyd, RW (2007).非線形光学（第3 版）. Elsevier. ISBN 9780123694706。
• サザーランド、リチャード・L. (2003).非線形光学ハンドブック（第2 版）. CRC Press. ISBN 9780824742430。
• ヘクト、ユージン（2002）。光学（第4 版）。アディソン・ウェスリー。ISBN 978-0805385663。
• ゼルニケ、フリッツ；ミッドウィンター、ジョン E. (2006).応用非線形光学. ドーバー出版. ISBN 978-0486453606。

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