¿Es posible combinar dos fotones de diferentes energías para obtener un solo fotón de una energía superior (combinada)?

La pregunta en sí es bastante autoexplicativa. Le pregunté esto a mi profesor de química cuando estaba haciendo el efecto fotoeléctrico mientras enseñaba la estructura atómica, y simplemente se encogió de hombros.

Un posible mecanismo que se me ocurrió es un átomo con un electrón desapareado (por ejemplo, hidrógeno) para absorber un fotón y saltar a un nivel de energía más alto, y luego ser golpeado inmediatamente por otro fotón con una energía diferente que lo eleva a un nivel aún más alto. Luego, finalmente, el electrón vuelve a caer en su estado adecuado sin salida, liberando no dos, sino solo un fotón que tiene la energía de ambos fotones iniciales, idealmente combinando fotones.

¿Es correcto este mecanismo? ¿Ocurre en la naturaleza? ¿Los fotones tienen otras formas en las que se fusionan? o no se fusionan en absoluto?

Como señaló @lemon, esto tiene muchas aplicaciones.

Respuestas (1)

Para responder a la pregunta del título, sí, consulta este enlace . También es posible combinar más fotones para obtener armónicos superiores. Para esto tienes una lista que puedes usar para obtener información rápida sobre Wikipedia en este enlace .

Ahora, relacionado con el mecanismo que propusiste, en principio podría funcionar, pero debes tener en cuenta las reglas de selección , que solo permiten alguna transición entre los niveles de energía en un sistema, en tu caso el átomo de hidrógeno. Lo que esto significa, es lo siguiente. Digamos que el átomo de hidrógeno está en su estado fundamental 0 . El primer fotón cambia este estado. norte y el segundo del estado norte a estado metro . Ahora bien, si la transición de metro a 0 no está permitido por las reglas de selección, entonces su mecanismo no funcionará de la forma prevista. Sin embargo, puede obtener 2 fotones con energías diferentes a las iniciales.

Esta (y todas) la respuesta debe dejar en claro que no es posible hacer esto en el espacio libre, sino que ocurre en interacción con un medio material.
En primer lugar, la página de Wikipedia sobre la generación de segundo armónico menciona que es un proceso que puede combinar fotones de la misma frecuencia (por lo tanto, la misma energía). ¿No hay forma de combinar fotones de diferentes energías? En segundo lugar, no entendí la parte donde mencionas que podría terminar obteniendo dos fotones de diferentes energías. ¿Es tal que el electrón absorbe selectivamente una parte de la energía del fotón que le da energía suficiente para saltar al nivel superior?
En tercer lugar, como mencionó @dmckee, dado que la generación de segundo armónico requiere interacciones con medios materiales, ¿no son estos dos fenómenos dos caras de la misma moneda donde nosotros, los electrones de los átomos del material, absorbemos y reemitimos estos fotones?
Acerca de agregar 2 fotones de diferentes energías. En el segundo enlace (el que tiene la lista de procesos no lineales) agitas Sum Frequency Generation .
Segundo. Usaré números para etiquetar los niveles. Entonces el electrón (sistema) está en el nivel 0. El primer fotón hace que el electrón salte al nivel 3 y luego viene el segundo fotón y hace que el electrón salte del 3 al 7. Solo para el propósito del ejemplo, el primer fotón tiene energía 3- 0=3J, y el segundo fotón tiene energía 7-3=4J. Estos son solo números, no los tome como físicamente exactos. Ahora, después de un tiempo de permanecer en el nivel 7, el electrón irá a niveles más bajos, y puede pasar de 7 a 6 y luego a 0. Esto se hace teniendo un fotón de 7-6 = 1J de energía y otro de 6- 0=6J de energía. Ellos son diferentes.
Y la tercera pregunta, no diré que la generación armónica y los casos de transición de hidrógeno son similares. En el caso del átomo de H, la transición ocurre solo para algunas longitudes de onda, por lo que la mezcla de longitudes de onda se puede realizar solo con algunos valores específicos. Esto se debe únicamente al hecho de que los fotones tienen que ser absorbidos por el átomo. En el caso de los armónicos, el fenómeno no depende de la longitud de onda, en el sentido de que no se restringe a unos valores distintos de la misma. Puede que me equivoque aquí, pero según los materiales que he visto, la cosa se presenta para "cualquier" longitud de onda.
Cuando comparas los niveles de energía en los que el electrón se detiene mientras cae. ¿Qué hace que se detenga? ¿Cómo elige dónde parar?