Hyperpolariseerbaarheid
De hyperpolariseerbaarheid beschrijft hoe sterk een materiaal afwijkt van lineair optisch gedrag.
De grootte van een geïnduceerde moment μgeïnduceerd hangt niet helemaal lineair af van een aangelegd elektrisch veld. De afwijking van lineair gedrag kan goed benaderd worden door het toevoegen van hogere orde termen aan de lineaire term van de polariseerbaarheid α:
- μgeïnduceerd = α.E + β.E2 + ...(hogere termen)
Het is in het algemeen voldoende de nog hogere termen weg te laten en zelfs de coëfficiënt β, hyperpolariseerbaarheid genoemd, is voor de meeste materialen uitzonderlijk klein. Materialen met naar verhouding grote waarden van β zijn zeer gezocht omdat zij de basis vormen van de niet-lineaire optica.
Wanneer een materiaal met een naar verhouding grote waarde van de hyperpolariseerbaarheid wordt blootgesteld aan een wisselend elektrisch veld, bijvoorbeeld van een invallende monochromatische lichtbundel, kan er licht ontstaan van een andere golflengte (kleur).
Als we de invallende straling met een frequenctie ω schrijven als E= Eoeiωt en dit invullen in de bovenstaande uitdrukking krijgen we:
- μgeïnduceerd = α.Eoeiωt + β.(Eoeiωt)2
De hyperpolariseerbaarheidsterm wordt daardoor
- β.(Eoeiωt)2 =β.(Eoei2ωt)
Omdat de geïnduceerde dipool zelf als stralingsbron kan optreden en de laatste term de frequentie 2ω bevat kan er straling ontstaan met een tweemaal zo grote frequentie. Dit effect wordt frequentiedubbeling of upconversion genoemd en wordt toegepast om uit bijvoorbeeld een infrarode laserbundel (bijvoorbeeld λ= 1064 nm van eenYAG-laser) een groene laserbundel te verkrijgen (van lambda; =532 nm)
Er zijn echter niet zo veel geschikte materialen met een grote hyperpolariseerbaarheid. Bekende materialen zijn KTP (Kaliumtitanylfosfaat), LBO (lithiumboraat) en BBO (beta bariumboraat).