和频光谱信号增益光学参数依赖性分析与仿真

来源：计算机测量与控制杂志2025年第7期北京时间：

作者：孙亚波,王国华,聂晶

单位：北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院

摘要：水分子从气态到液态凝聚过程的微观尺度极小而难以观测，是实现湿度计量量子化进程中的瓶颈问题；SFG作为研究界面水分子动态演化的重要手段，是推动湿度计量从经典宏观热力学范畴向量子化转变的重要支撑；针对SFG实验平台结构复杂、实验参数空间广泛且各参数高度耦合的问题，为优化SFG实验设置条件获取更高信噪比，提出了一种基于增益因子的强度分析方法，对传统SFG强度计算模型的光学参数进行了分离，建立了SFG角度偏振及波长作用的信号增益模型，对空气/水界面上红外光和可见光入射角度、中心波长、偏振组合对SFG信号增益的影响进行了仿真分析；其中，红外光与可见光入射角度与偏振组合之间存在协同响应关系，需联合优化设计，而光波长的影响主要表现为与样品材料的非线性极化率共振响应相关，控制红外频率与分子振动频率的匹配程度是提升输出效率的关键；为SFG实验中激光参数的选择、光路结构设计及信号增强策略提供了理论依据，对水相变动态过程的高精度解析及湿度计量的量子化研究具有重要意义。

关键词：湿度量子化;和频生成光谱;界面选择性;增益仿真;共振增强光谱;实验优化设计