Nonlinear optical scattering: The concept of effective susceptibility

Sylvie Roke
2004
Article

We present a general theoretical method for deriving effective susceptibilities for (non)linear optical scattering processes of arbitrary order using the reciprocity principle. This method allows us to formulate a generalized treatment of nonlinear optical scattering and deduce selection rules independent of the precise mechanism of light-matter interaction. We particularize this approach to second-order sum frequency scattering from an inhomogeneous medium and consider the limiting cases of small particle scattering, refractive index matched (Rayleigh-Gans-Debye) scattering, small refractive index contrast (Wentzel-Kramers-Brillouin) scattering and correlated scattering. We compare the derived expressions to experimental results of sum frequency scattering from monodisperse particles in suspension with varying sizes.

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Sylvie Roke
2004
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Théorie de Mie

En optique ondulatoire, la théorie de Mie, ou solution de Mie, est une solution particulière des équations de Maxwell décrivant la diffusion élastique – c'est-à-dire sans changement de longueur d'onde – d'une onde électromagnétique plane par une particule sphérique caractérisée par son diamètre et son indice de réfraction complexe. Elle tire son nom du physicien allemand Gustav Mie, qui la décrivit en détail en 1908. Le travail de son prédécesseur Ludvig Lorenz est aujourd'hui reconnu comme « empiriquement équivalent » et l'on parle parfois de la théorie de Lorenz-Mie.

Diffusion Brillouin

La 'diffusion Brillouin' est la diffusion inélastique de la lumière par les ondes acoustiques d'un milieu. Dans une expérience de diffusion Brillouin, on illumine un milieu à l'aide d'un faisceau laser et on détecte la lumière diffusée à une fréquence légèrement différente. Les décalages en fréquence observés sont de l'ordre de 1 à 200 GHz environ. La mesure de ce décalage permet de remonter à certaines propriétés du milieu. Cet effet a été prédit en 1914 par Léon Brillouin.

Diffusion Rayleigh

La diffusion Rayleigh est un mode de diffusion des ondes, par exemple électromagnétiques ou sonores. Elle opère lorsque la longueur d'onde est beaucoup plus grande que la taille des particules diffusantes. On parle de diffusion élastique, car cela se fait sans variation d'énergie, autrement dit l'onde conserve la même longueur d'onde. Elle est nommée d'après John William Strutt Rayleigh, qui en a fait la découverte.

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