Diskussion:Frequenzverdopplung

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Frequenzverdopplung in der Elektronik

Also ich komme ja selbst von der Optik her, aber der Vollständigkeit halber muss doch auch erwähnt haben, dass es diesen Mechanismus der Frequenzverdopplung mittels nichtlinearer Kennlinien auch in der Elektronik gibt, praktisch bei Mikrowellen angewendet. Da benutzt man eine Diode, um deren nichtlineare Kennlinie auszunutzen. Ich weiß das nicht aus eigenen Experimenten, nur mein bester Kumpel musste damals einen Seminarvortrag darüber halten, und wir haben vorher ein bisschen darüber diskutiert. Das müsste man hier in den Artikel noch irgendwie reinstopfen können, ohne allzuviel Aufwand. Darf ich? --PeterFrankfurt 22:37, 15. Feb. 2008 (CET)

Ja, immer zu! Der Effekt wird Funkgeräten eingesetzt. Ich setze schon mal einen link drauf. --Herbertweidner 17:38, 14. Mär. 2008 (CET)


Pakt das bitte in ein eigenes Lemma: Frequenzverdoppelung (Elektronik), dann kan man einen BKS-Hinweis darauf setzen. Oder es wird ein ARtikel Frequenzverdoppelung allgemein mit den Ausführungen zu Optik, Elektrnoik Akustik usw. Die beiden jetzt vermischten Sachen (Optik und Elektronik) haben so nichts miteinander zu tun und unter der jetztigen Einleitung ist die Ausführung von "in der Elektronik..." ist völlig deplatziert. -- 7Pinguine Treffpunkt WWNI 14:27, 11. Mär. 2009 (CET)

Nein, ein eigener Artikel wäre m. E. nicht angebracht. Die Grundlage - Signalverzerrung an nichtlinearer Kennlinie - ist immer die gleiche, insofern gehört es sehr wohl zusammen, und auch vom reinen Umfang her würde sich ein eigener Artikel nicht lohnen. --PeterFrankfurt 01:18, 12. Mär. 2009 (CET)
Die Grundlage ist nicht immer die gleiche. Zur Gleichrichtung durch Dioden gibt es zum Beispiel kein optisches Analogon. Das schlägt sich auch in den Eigenschaften dieser Transformation nieder. So funktioniert sie zum Beispiel unabhängig von der Amplitude des eintreffenden Signals immer ähnlich gut. Anders als bei der optischen SHG besteht keine Notwendigkeit mit besonders hohen Amplituden zu arbeiten. Eine andere Verdoppelungstechnik, zu der es kein optisches Analogon gibt, arbeitet mit Logik-Bausteinen. Und die Erzeugung der doppelten Frequenz mit einer PLL ist ein weiterer elektronischer Weg, zu dem es keinerlei optische Entsprechung gibt. Eine elektronische Verdopplung, die wirklich den Vorgängen in der Optik entspricht, müsste den Arbeitspunkt auf den linearen Bereich legen und nur bei hohen Amplituden die Nichtlinearität erreichen. Das versucht man in der Elektronik eher zu vermeiden und ist die Ursache der Kratzgeräusche beim Übersteuern eines Verstärkers. Dazu kommt noch, dass man in der Elektronik üblicherweise ein nichtlineares Element verwendet, während es in der Optik sehr viele sind. Sämtliche Aspekte der Phasenanpassung, um die sich in der Optik ein Großteil der Technik dreht, sind daher nicht auf die Elektronik übertragbar. Fazit: Es gibt zwar gewisse Ähnlichkeiten, insgesamt handelt es sich jedoch um Stoff für zwei getrennte Artikel.---<(kmk)>- 03:22, 12. Mär. 2009 (CET)
Wieder nein. Das mit der Diode stimmt so nicht. Die "Intensitätsschwelle", wie sie in der Optik existiert, gibt es hier sehr wohl auch, nur wesentlich niedriger: Wenn man in den Mikrovoltbereich geht, ist auch die Diodenkennline alles andere als ein Knick, sondern eine stetig gekrümmte, nichtlineare Kennlinie, an der man bedingt durch diese Nichtlinearität Verzerrungen erhält, die unter vielem anderen auch die doppelte (und die dreifache und...) Frequenzkomponente enthält. Deswegen sage ich ja, dass das Prinzip doch das gleiche ist, und die Größenordnungen ändern an diesem Prinzip nichts. --PeterFrankfurt 21:56, 12. Mär. 2009 (CET)
Was meinst Du, warum ich "ähnlich" und nicht "gleich" geschrieben habe? Man kann, wenn man es darauf anlegt, mit elektronischen Mitteln eine Frequenzverdopplung bauen, die in bestimmten Aspekten der SHG entspricht. Andere Aspekte sind völlig unerreichbar. Wo steckt bei einer Schaltung die Polarisation? Wo die Ausbreitungsrichtung? Und was ist mit der Phasenanpassung? Wer meint, dass SHG und THG in die Kategorie elektrische Schaltung einsortiert gehören, der sollte auch den Laser dorthin stecken. Schließlich macht der unter einem ausreichend eingeschränkten Blickwinkel betrachtet, im Prinzip das Gleiche, wie ein elektronischer Verstärker.---<(kmk)>- 01:25, 13. Mär. 2009 (CET)

Ich kenne mich mit Elektronik nicht aus. Aber wenn beides auf dem gleichen Prinzip beruht, sollte man diese Prinzip erklären und dann den Fall Optik und den Fall Elektronik darunter stellen. Den optischen Fall zu erklären und dann noch einen Abschnitt zur Elektronik unten einzufügen, versteht einfach kein Mensch. -- 7Pinguine Treffpunkt WWNI 22:13, 12. Mär. 2009 (CET)

Die Gleichheit bezieht sich einzig und allein darauf, dass in beiden Fällen eine Nichtlinearität eine Voraussetzung für die Funktion ist. Alles andere ist unterschiedlich. Wie ich oben schon geschrieben habe, gibt es auf der elektronischen Seite noch einige qualitativ völlig andere Verfahren. Andererseits hat die optische Frequenzvervielfachung von der Polarisation bis zur Phasenanpassung viele Aspekte, die sich in der Elektronik nicht wieder finden. Dazu kommt, dass die technischen Mittel für das optische Verfahren nichts mit denen für elektronische Verdopplung zu tun haben. Mit anderen Worten: Je ausführlicher die beiden Themen behandelt werden, desto kleiner ist der Anteil der Gemeinsamkeit zwischen elektronischer und optischer Verdopplung. Das ist keine gute Voraussetzung, um beides in einem Artikel zu vereinen.---<(kmk)>- 01:40, 13. Mär. 2009 (CET)

Wenn du nur so wenige Gemeinsamkeiten kennst, liegt das eher an deinen mangelnden Kenntnissen. In Wirklichkeit lief die Geschichte anders herum: Frequenzverdopplung und Nichtlinearitäten Luxemburgeffekt gibt/gab es bei elektromagnetischen Wellen längst, bevor der Laser erfunden wurde. Nach dessen Erfindung haben sich einige Physiker gefragt, ob es nicht auch entsprechende Effekte im optischen Bereich gibt. Dass man bei 1014 Hz keine Transistoren mit Drahtanschlüssen mehr verwenden kann, liegt auf der Hand. Man darf aber aus Unterschieden der Bauteile nicht auf Unterschiede der physikalischen Grundlagen schließen, falls man den nötigen Überblick besitzt und bewahren will.--Herbertweidner 17:03, 5. Mai 2009 (CEST)

Das ist doppelt falsch. Erstens hat geschichtliche Priorität offensichtlich genau gar nichts damit zu tun ob Lemmata identisch sind. Zweitens handelt es sich wie schon weiter oben erklärt, auf physikalischer Ebene um komplett unterschiedliche Vorgänge. Wenn Du anderer Meinung bist, erkläre bitte, wo bei elektronischer Verdopplung die Entsprechung zur Polarisation, zur Ausbreitungsrichtung und zur Phasenanpassung steckt. Ich lagere Deine Ergänzungen in einen Artikel Frequenzverdopplung (Elektronik) aus. Bitte unterlasse unterschwellige Angriffe auf meine Person.---<(kmk)>- 23:18, 5. Mai 2009 (CEST)

Intracavity

müsste es nicht INTRACAVITY SHG anstatt (intracacity SHG) heißen?

intracavity ist keine Abkürzung wie SHG und stammt aus dem englischen, daher sollte es imho klein bleiben.

Sollte man vielleicht auch quasi-phasenanpassung aufnehmen? Das ermöglicht wesentlich handlicherer Temperaturbedingungen (Raumtemperaturbetrieb) für die SHG. 62.141.180.1 11:30, 18. Feb. 2009 (CET)

Ja. Sei mutig.---<(kmk)>- 02:26, 13. Mär. 2009 (CET)
kritische Phasenanpassung erlaubt niedrige Temperaturen. Die Meisten SHG Laser (laserpointer bis mehrer Watt von Showlasern) verwenden LBO, ggf. thermostatiert bei Temperaturen von 25 bis 40 °C. Ein SHG-Laser-Typ, den ich kenne, verwendet zusätzlich ein BCL (birefringence conpensating layer) Element, ebenfalls, jedoch separat bei xx°C thermostatiert. Vielleicht kennt sich jemand aus. http://books.google.de/books?id=PgmmFRYE6a0C&pg=PA339&lpg=PA339&dq=birefringence+compensation+layer+%28BCL%29&source=bl&ots=SwUnqH1Vvf&sig=cL3UORratcKthU2LbQ6wmRPF9LE&hl=de&ei=CaO7S5fhO8r3OaPV0ZcI&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=3&ved=0CBcQ6AEwAg#v=onepage&q=birefringence%20compensation%20layer%20%28BCL%29&f=false da steht was dazu.--Ulfbastel 23:57, 6. Apr. 2010 (CEST)


Ich habe zur Phasenanpassung mit Hilfe des LBO-Kristalls bei exakt der im Artikel genannten Wellenlänge 1064nm zu 532nm eine Temperatur von 149°C gefunden: Quelle Woher kommt denn die Information mit 140°C? (nicht signierter Beitrag von 92.193.98.57 (Diskussion) 12:10, 26. Okt. 2011 (CEST))

Physikalischer Hintergrund

Forward-SHGred-backwardSHGgreen-Collagen-Myosin-860nm-150um.jpg

Hallo, Hier ein paar Fragen zum physikalischen Hintergrund.

  • Die sich bewegende Ladung erfährt durch das Potential eine Beschleunigung in Richtung der Nulllage. Ist mir nicht klar, warum es zurückschwingt. Bei einem durchlaufenden Laser würde ich vermuten, dass das elektrische Feld stabil ist und somit zwar eine Kraft in Richtung Nulllage wirkt, aber keine Beschleunigung. Anders gefragt: Warum schwingt der Dipol? Hat das was mit den Pulsen des Lasers zu tun? Oder ist das elektrische Feld auf atomarer Ebene gar nicht stabil?
  • Nur für ein quadratisches Potential ergibt sich daraus ein sinusförmiger Verlauf der Geschwindigkeit. Ist das also so nur bei schwachem Licht, weil: Das Potential, das die Ladungen in ihre Ausgangslagen zurücktreibt, hat nur für kleine Auslenkungen annähernd die Form einer quadratischen Parabel.?
  • Warum spielt die Polarisationsrichtung des eingestrahlten Lichtes bei SHG eine Rolle?
  • Warum kommt bei SHG-Mikroskopie überhaupt etwas hinten an, und zwar für verschiedene Strukturen unterschiedlich stark? (siehe Bild, grün rückwärts rot vorwärts.)
  • Die daraus entstehende Bewegung enthält keine geraden Fourier-Koeffizienten. Daher... Ich fürchte diese Kausalität ist einem Nicht-Physiker nicht unmittelbar klar. Auch der verlinkte Artikel Fourier-Transformation hilft einem solchen kein bisschen weiter.
  • in diesem Zusammenhang auch: Wenn das für den schwingenden Dipol ... Mir ist da nun doch nicht klar, was eigentlich der Dipol ist. Ich dachte erst ein einzelnes Atom, wie in der Schemazeichnung. Aber hier liest es sich jetzt als wäre das ganze durchstrahlte Material ein Dipol.
  • Zu THG: Weiter oben steht Welche Form und Stärke die Nichtlinearität hat, hängt damit von der Struktur des vom Licht durchstrahlten Materials ab. Ist das der Grund, warum man mit THG ein kontrastreiches Bild erzeugen kann?

Wäre prima wenn sich das noch in den Artikel einarbeiten ließe, das würde es dem interessierten Laien einfacher machen. -- d65sag's mir 18:30, 4. Mär. 2009 (CET)

Also wenn ich die Physik zusammenklappere, dann bedeutet ein quadratisches Potential eine lineare (Rückstellungs)Kraft, weil letztere ja aus der Ableitung des ersteren entsteht. Eine lineare Rückstellungskraft bedeutet Gültigkeit des Hookeschen Gesetzes und führt zu einer harmonischen Schwingung. Ja? --PeterFrankfurt 02:22, 5. Mär. 2009 (CET)
Ja.---<(kmk)>- 19:09, 6. Mär. 2009 (CET)


Hallo d65. Zu Deinen Fragen der Reihe nach:

  • Die Kraft, die die Dipole auslenkt, ist das elektrische Feld des Lichts. Dieses Feld wechselt mit der Frequenz des Lichts das Vorzeichen, also etwa 5e15 mal pro Sekunde (~500 THz). Das elektrische Feld ist auf der Ebene der Atome also allles andere als stabil.
  • Ja, nur für kleine Auslenkungen ist das Potential in sehr guter Näherung eine quadratische Parabel.
  • Die Asymmetrie der Atome ist in bestimmte räumliche Richtungen ausgerichtet. Die Richtung der Polarisation ist identisch mit der Richtung des elektrischen Felds. Wenn beides zusammen nimmt, ist klar, dass dei Richtung der Polarisation Einfluss auf die Effizienz der Verdoppelung hat.
  • Die durch die Grundwelle dynamisch ausgelenkten Dipole befinden sich im Mittel in einer leicht anderen elektrischen Umgebung als ruhende Dipole. Diese Abweichungen sind periodisch mit der Wellenlänge der Grundwelle. Für das SHG-Licht sind diese Abweichungen dagegen periodisch mit der halben Wellenlänge. Eine periodische, dielektrische Struktur mit halber Wellenlänge wirkt grundsätzlich reflektierend (wie beim dielektrischen Spiegel). Auf diese Weise wird ein Teil des SHG-Lichts wieder zurück gestreut. Da die Ursache letztlich in der Umgebung liegt, die die schwingenden Diopole "sehen", ist klar, dass das für unterschiedliche Strukturen und unterschiedliche Richtungen der Polarisation unterschiedlich stark ausgeprägt ist.
  • Das Fourier-Argument könnte/sollte man sicher näher ausführen. Es bietet eine Chance, zu verstehen, warum für SHG nur mit einer assymmetrische Aufhängung der Atome funktioniert.
  • Die Vorstellung vom einzelnen Atom als Dipol ist schon richtig.
  • Ja, die Abhängigkeit der Nichtlinearität von der Struktur ist die Ursache für den Kontrast in SHG und THG-Bildern.

Gut, dass Du aufgezeigt hast, wo die Erklärung der Verdopplung noch besonders stark vom informierten Leser ausgeht. Ich werde versuchen, den Text so zu ergänzen, dass er Deine Fragen direkt beantwortet.---<(kmk)>- 19:09, 6. Mär. 2009 (CET)

Hallo kmk, ich freu mich schon auf den 'neuen' Text. Eine Nachfrage hätte ich noch: In der 'biologischen' Literatur wird THG als etwas beschrieben, dass unter "tightly focused conditions" (also im mikroskpischen Präparat) normalerweise nicht auftritt (inhibited), sondern nur wenn eine Brechungsindex-Grenze kommt, z.B. an Zellmembranen (interface effect). Wenn das so stimmt müssten z.B. bei Öltröpfchen in Wasser nur die Tröpfchenoberfläche zu THG führen. Wenn ich Deine bisherigen Ausführungen aber richtig verstanden habe, dann müsste Öl und Wasser durchgängig jeweils mit unterschiedlichen Stärken THG produzieren, oder? (Hat womöglich mit dem tightly focussed beam zu tun?) -- d65sag's mir 12:21, 10. Mär. 2009 (CET)

Quantenmechanische Deutung

Wir leben ja in einer dualistischen Welt, Wellen und Quanten. Höhere Frequenzen duch Verzerrung kennen wir alle aus der Akustik, als Klirrfaktor.

Wie sieht es aber mit der quantenmäßigen Deutung aus? Hege keine Zweifel, dass es eine solche gibt, und ohne eine Erwähnung ist der Artikl nur halbfertig.

Fetter Ekelbert 22:46, 15. Mär. 2009 (CET)

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