Article in Philosophical Transactions of The Royal Society a mathematical Physical and Engineering Sciences · January 004 doi: 10. 1098/rsta. 2003

Keywords: optical parametric devices; nonlinear optics;
nonlinear materials; infrared laser sources
1. Light
As a physical phenomenon, light is the end result of a process that has its origin in
the heart of matter at microscopic level. Light is a form of electromagnetic radia-
tion, which is produced principally as a result of two fundamental mechanisms at the
atomic or molecular scale. The simplest mechanism is an oscillating electric dipole
in a dielectric medium. If the dipole is set into oscillation (e.g. by an external force),
then the resulting electric dipole moment will radiate energy in the form of an electro-
magnetic wave. When the frequency and wavelength of the emitted wave correspond
to the optical spectrum, the radiation manifests itself as light. The energy, frequency
and wavelength of the light wave so generated are determined by the dipole moment
and the dipole oscillation frequency.
The second mechanism for light generation is the rearrangement in the bound
electronic charges within an atom or a molecule, which can be best described through
a simple quantum picture. As the charge distribution in an atom readjusts itself,
there is a change in the total energy reserve of the atom, which is accompanied by
the emission (or absorption) of a quantum of energy. When the readjustments are
due to the outer electronic charges of the atom, the emitted energy is manifested
† Present address: ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, Jordi Girona 29, Nexus II, 08034 Barcelona,
Spain ([e-mail]).
One contribution of 22 to a Triennial Issue ‘Mathematics, physics and engineering’.
Phil. Trans. R. Soc. Lond. A
1
c

 2003 The Royal Society

---

03TA2008/2
M. Ebrahimzadeh
as a photon of light. In the classical picture, the emitted photon can be viewed
equivalently as an optical wave with a frequency, ν, which is related to the photon
energy in the quantum picture by ∆E = hν.
The most predominant form of light is natural (white) light, which has the intrinsic
property that it is incoherent. It comprises an infinite range of optical waves at
different frequencies (wavelengths) that do not conform to an orderly phase relation
in time and space. The absence of any phase integrity among the constituent waves
results in a random average phase for the light beam. Because of these characteristics,
optical waves in an incoherent beam cannot be easily added to one another in a
constructive manner to make up an intense light beam.