<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Chem.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Chemistry</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Chem.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-2646</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">845311</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fchem.2022.845311</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Chemistry</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Circular Dichroism Second-Harmonic Generation Imaging of KTiOPO<sub>4</sub> Nanocrystal Through Stratified Media</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Wu et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">CD-SHG Imaging for KTP</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Biwei</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Keyi</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>Xuefeng</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Weibo</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1385372/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Tan</surname>
<given-names>Jiubin</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Institute of Ultra-precision Optoelectronic Instrument Engineering</institution>, <institution>Harbin Institute of Technology</institution>, <addr-line>Harbin</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Key Lab of Ultra-precision Intelligent Instrumentation</institution>, <institution>Harbin Institute of Technology</institution>, <institution>Ministry of Industry and Information Technology</institution>, <addr-line>Harbin</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1384441/overview">Chao He</ext-link>, University of Oxford, United Kingdom</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1620028/overview">Lei Li</ext-link>, California Institute of Technology, United States</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1184275/overview">Jianbo Tang</ext-link>, Southern University of Science and Technology, China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Weibo Wang, <email>wwbhit@hit.edu.cn</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Nanoscience, a section of the journal Frontiers in Chemistry</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>08</day>
<month>04</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2022</year>
</pub-date>
<volume>10</volume>
<elocation-id>845311</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>29</day>
<month>12</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>08</day>
<month>02</month>
<year>2022</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2022 Wu, Wu, Sun, Wang and Tan.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Wu, Wu, Sun, Wang and Tan</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Potassium titanyl phosphate (KTiOPO<sub>4,</sub> KTP) particle of nanometric size (nano-KTP) is an attractive material for nonlinear microscopy, and the optimized growth of large-size KTP single crystals has numerous applications for efficient frequency conversion in laser technology. Its three-dimensional orientation and nanoscale morphology are important for growth optimization. In this paper, we introduce an imaging technique based on circular dichroism second-harmonic generation (CD-SHG) to characterize the 3D distribution of KTP nanocrystal. A rigorous theoretical model of CD-SHG imaging for nano-KTP through stratified media is demonstrated. Circular dichroism analysis is used to probe the orientation of 3-axis with respect to the optical observation axis. The research results show that the azimuthal angle of the peak value (SHG) or valley value (CD-SHG) is strongly related to the excitation polarization when the KTP sample is excited by different circular polarizations. Importantly, the refractive index mismatches and the imaging depth also affect the azimuthal angle. Thus, the proposed framework enables a more precise quantitative analysis of the CD-SHG signal of KTP.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>nanocrystal</kwd>
<kwd>nonlinear optics</kwd>
<kwd>second-harmonic generation</kwd>
<kwd>polarization</kwd>
<kwd>imaging</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn001">51775148 51975161</contract-num>
<contract-sponsor id="cn001">National Natural Science Foundation of China<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100001809</named-content>
</contract-sponsor>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>Introduction</title>
<p>Potassium titanyl phosphate (KTiOPO<sub>4</sub>; KTP) has been widely used in several nonlinear-optical applications, including parametric generation and amplification, by virtue of its superior performance in nonlinear-optical coefficients, large acceptance angles, high optical damage threshold, and thermally stable phase-matching properties (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Bierlein and Vanherzeele, 1989</xref>). In particular, the optimized growth of large-size single KTP crystals plays an important role for efficient frequency conversion in laser technology (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Driscoll et al., 1986</xref>). Recently, second harmonic generation (SHG) in diamond-blade diced KTP ridge waveguides has also been demonstrated (<xref ref-type="bibr" rid="B5">Chen et al., 2016</xref>). Furthermore, KTP particle of nanometric size (nano-KTP) is a suitable nonlinear crystal material for SHG microscopy, which can generate a stable blinking-free second-harmonic signal that can be easily detected (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Le Xuan et al., 2008</xref>). Notably, the three-dimensional orientation and nanoscale morphology of KTP are important for growth optimization.</p>
<p>In a SHG process, two photons of frequency &#x3c9; absorbed by the ground state combine to form a doubled frequency (2&#x3c9;) photon. SHG-based techniques have been applied in the investigation of semi-conductor nanowires with different composition and nanoscale morphology detection of nano-objects (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Bautista et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Ren et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Bautista et al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B2">Bautista et al., 2017</xref>). Importantly, polarization-resolved SHG microscopy has proven to be an effective all-optical mode for <italic>in situ</italic> measurement of underlying crystal structures without sample damages, as SHG is sensitive to the polarization of excitation fields (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Gleeson et al., 2020</xref>). Moreover, SHG circular dichroism (CD) parameter has been recently developed to explicitly evidence the presence of a chiral response of the nanocrescents induced by the geometry of hybrid plasmonic&#x2013;photonic nanosurfaces (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Belardini et al., 2014</xref>). However, the potential of CD-SHG microscopy to probe three-dimensional orientation of KTP with respect to the optical observation axis and the polarity distribution of out-of-plane nanocrystal assemblies has not been explored.</p>
<p>It is worth noting that in polarization-resolved SHG microscopy for crystal material, the specimen is often observed with a high NA objective with immersion medium and a cover glass. Moreover, they usually have different refractive indices. For example, the refractive index of KTP is 1.738 (1,064&#xa0;nm) (<xref ref-type="bibr" rid="B16">Sutherland, 2003</xref>), which is much larger than that of immersion medium or cover glass. When the excitation beams are focused through the stratified media, aberrations are introduced due to the refractive index mismatches. The presence of the aberration will cause a structural and polarization state modification of the focused spot, and then lead to a performance degradation of the polarization-resolved SHG microscopy. However, the currently used theoretical frameworks are inapplicable for the analysis of polarization-resolved SHG imaging, which are based on the assumption that the specimen is situated in a homogeneous medium of propagation or located at a dielectric interface, neglecting the influence of sample refractive index heterogeneity near the focus. As a complementary tool with a different principle, the finite-difference time-domain (FDTD) approach has been adopted in many microscopy technique simulations, such as wide-field, confocal, and SHG microscopy (<xref ref-type="bibr" rid="B18">T&#xf6;r&#xf6;k et al., 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Choi et al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">van der Kolk et al., 2018</xref>). More recently, the ubiquitous geometry of a vertical interface between index-mismatched media and the case of polarized THG contrasts are analyzed based on FDTD methods (<xref ref-type="bibr" rid="B12">Morizet et al., 2021</xref>). The effects of the refractive index mismatches and the imaging depth on CD-SHG microscopy have not yet been studied.</p>
<p>Here, we present a rigorous theoretical framework of CD-SHG microscopy through stratified media for KTP crystal. The SHG intensity patterns for left-handed and right-handed circular polarized excitations and the corresponding CD-SHG signal obtained in a mismatch free medium and in a mismatched stratified media will be compared from several aspects. The quantitative analysis of azimuthal angle of SHG signal and the SHG response to a specific point object as a function of the effective NA in different depths will be demonstrated. In addition, circular-polarization-excited SHG imaging in index-mismatched media in the case of a vertical interface between water and a KTP material are investigated based on FDTD methods. As a complementary polarization-resolved scheme, CD-SHG imaging not only provides intrinsic 3D imaging capabilities with sub-micrometer spatial resolution, but also paves the way for determining the local 3D orientation of KTP molecules information with a new structural contrast mechanism. We also expect that the study can contribute towards new insights into optimization of CD-SHG microscopy instrumentation.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>Modeling of Circular Dichroism Second-Harmonic Generation Through Stratified Media</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> shows the most common geometry of a polarization-resolved SHG microscope, including the configuration for excitation by left-handed and right-handed circular polarized beams through a high NA objective and a three-layer medium. The specimen is observed through an immersion medium and a coverslip. The first interface, perpendicular to the optical axis, is at <italic>z</italic> &#x3d; &#x2212;<italic>h</italic>
<sub>1</sub>, and the second at <italic>z</italic> &#x3d; &#x2212;<italic>h</italic>
<sub>2</sub>. The wave numbers of the light beam in the immersion medium, cover glass and specimen are <italic>k</italic>
<sub>1</sub>, <italic>k</italic>
<sub>2</sub>, and <italic>k</italic>
<sub>3</sub>, respectively. <italic>k</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; 2&#x3c0;<italic>n</italic>
<sub>1</sub>/<italic>&#x3bb;</italic>
<sub>0</sub>, <italic>k</italic>
<sub>2</sub> &#x3d; 2&#x3c0;<italic>n</italic>
<sub>2</sub>/<italic>&#x3bb;</italic>
<sub>0</sub>, and <italic>k</italic>
<sub>3</sub> &#x3d; 2&#x3c0;<italic>n</italic>
<sub>3</sub>/<italic>&#x3bb;</italic>
<sub>0</sub>. <italic>n</italic>
<sub>1</sub>, <italic>n</italic>
<sub>2</sub>, and <italic>n</italic>
<sub>3</sub> are the refractive index of the immersion medium, cover glass, and specimen respectively.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Schematic of focusing through a three-layer stratified medium for left-handed and right-handed circular polarized beams. The origin <italic>O</italic> of the (<italic>x</italic>, <italic>y</italic>, <italic>z</italic>) reference frame locates at the nominal focal point position. <bold>(B)</bold> Near-focus excitation intensity distributions at different depths. <bold>(C)</bold> SHG radiation imaged through the same medium. The specimen is placed at the origin <italic>O&#x2019;</italic> of the (<italic>x&#x2019;</italic>, <italic>y&#x2019;</italic>, <italic>z&#x2019;</italic>) reference frame. LCP: left-handed circular polarization, RCP: right-handed circular polarization, OL: objective lens, DP: detector plane, DL: detector lens. Scale bar, 1&#xa0;&#x3bc;m.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fchem-10-845311-g001.tif"/>
</fig>
<p>Based on the Richards&#x2013;Wolf vectorial diffraction integral (<xref ref-type="bibr" rid="B14">Richards and Wolf, 1959</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">T&#xf6;r&#xf6;k and Varga, 1997</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Haeberl&#xe9; et al., 2003</xref>), the generalized formulae for the vectorial electric field in the focal region illuminated by left-handed and right-handed circular polarized beams through an <italic>N</italic>-layer medium are derived. Under the idiomatic polar coordinate system notation, the Cartesian components of the electric field in the focal region can be expressed as:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>and the integrals <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are given by<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m7">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m8">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m9">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>where (<italic>r</italic>
<sub>
<italic>P</italic>
</sub>, <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>P</italic>
</sub>, <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>
<italic>P</italic>
</sub>) are the spherical polar coordinates of an observation point <italic>P</italic> near the focal region, respectively. <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>1</sub> is the convergence semi-angle of the illumination, and is given as <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; arcsin (NA/<italic>n</italic>1). <italic>l</italic>
<sub>0</sub> (<italic>&#x3b8;</italic>
<sub>1</sub>) is the amplitude function in terms of <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>1</sub> and <italic>J</italic>
<sub>n</sub>(<italic>x</italic>) denotes a Bessel function of the first kind, of order <italic>n</italic>. <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the transmission coefficient of the stratified medium describing the <italic>p</italic>- and <italic>s</italic>-polarized light traversing <italic>N</italic>&#x2212;1 media respectively and calculated as in <xref ref-type="bibr" rid="B20">T&#xf6;r&#xf6;k and Varga (1997)</xref>. <italic>&#x3c8;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> denotes the initial aberration function. <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref> shows the near-focus excitation intensity distributions at different depths.</p>
<p>As the focal electric field distribution is determined, the interaction with the material can be calculated. SHG intensity has a quadratic relationship with the optical field intensity of the excitation beam at the focus region, which is also dependent on the nonlinear susceptibility tensor of the sample. When the frequency of the laser light source is far away from the resonant frequency of the specimen, the number of non-zero elements in this third-order tensor with 27 separate elements reduces according to Kleinmann&#x2019;s symmetry (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Kleinman, 1962</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B24">Yew and Sheppard, 2006</xref>). SHG polarization is related to the focused laser excitation field by:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The SHG polarization emits corresponding radiation, and the harmonic field <bold>
<italic>E</italic>
</bold>
<sub>
<bold>1</bold>
</sub> traverses back the stratified medium (<xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1C</xref>). The distribution before the objective lens (in medium 1) can be expressed as (<xref ref-type="bibr" rid="B19">T&#xf6;r&#xf6;k, 2000</xref>):<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m14">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m15">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>(<italic>P</italic>
<sub>x</sub>
<sup>&#x2217;</sup>, <italic>P</italic>
<sub>y</sub>
<sup>&#x2217;</sup>, <italic>P</italic>
<sub>z</sub>
<sup>&#x2217;</sup>) denotes the Cartesian components of the complex conjugate of <bold>
<italic>P</italic>
</bold>. The transmission coefficients <italic>T</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>
<italic>&#x2019;</italic> and <italic>T</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub>
<italic>&#x2019;</italic> for the stratified medium can be calculated as in <xref ref-type="bibr" rid="B9">Haeberl&#xe9; et al. (2003)</xref> and <xref ref-type="bibr" rid="B20">T&#xf6;r&#xf6;k and Varga (1997)</xref>, but with propagation direction from medium <italic>N</italic> to medium 1.</p>
<p>After being collimated by the objective lens, the Cartesian components of the harmonic field vector <bold>
<italic>E</italic>
</bold>
<sub>
<bold>2</bold>
</sub> in the intermediate plane is given by (<xref ref-type="bibr" rid="B23">Wang et al., 2019</xref>):<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m17">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>}</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m18">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>}</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Next, the field vector <bold>
<italic>E</italic>
</bold>
<sub>
<bold>3</bold>
</sub>, behind the detector lens can be described by<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m19">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>}</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m20">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>}</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m21">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>}</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Hence, the expression for the SHG field components at the detector plane can be obtained by using the integral formula of Richards and Wolf (<xref ref-type="bibr" rid="B14">Richards and Wolf, 1959</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">T&#xf6;r&#xf6;k et al., 1998</xref>), as:<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>02</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>with the quantities <italic>I</italic>
<sub>
<italic>d</italic>01</sub>, <italic>I</italic>
<sub>
<italic>d</italic>02</sub>, <italic>I</italic>
<sub>
<italic>d</italic>11</sub>, <italic>I</italic>
<sub>
<italic>d</italic>12</sub>, and <italic>I</italic>
<sub>
<italic>d</italic>21</sub> defined as:<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m25">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m26">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>02</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m27">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m28">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m29">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
<italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> is the angular aperture of the detector lens. <italic>&#x3c1;</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub>, <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub>, and <italic>z</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> are the cylindrical coordinates of an observation point near the detection region and the azimuthal angle <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> is related to the azimuthal angle <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>1</sub> by the relationship:<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>where <italic>M</italic> is the magnification of the imaging system. <italic>k</italic>
<sub>
<italic>d</italic>0</sub>, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>d</italic>1</sub>, and <italic>k</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> are the wave numbers for the second-harmonic field in vacuum, medium 1 (immersion medium), and the image space, respectively, expressed as <italic>k</italic>
<sub>
<italic>d</italic>0</sub> &#x3d; 2&#x3c0;/<italic>&#x3bb;</italic>
<sub>SHG</sub>, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>d</italic>1</sub> &#x3d; 2&#x3c0;<italic>n</italic>
<sub>1</sub>/<italic>&#x3bb;</italic>
<sub>SHG</sub>, and <italic>k</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> &#x3d; 2&#x3c0;<italic>n</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub>/<italic>&#x3bb;</italic>
<sub>SHG</sub>. <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>SHG</sub> denotes the wavelength of SHG. <italic>n</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> is the refractive index of the image space. The aberration function in the detection path <italic>&#x3c8;</italic>
<sub>det</sub> can be expressed by<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>As a result, the detected SHG intensity excited by left-handed and right-handed circular polarized beams through stratified media can be obtained according to:<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the end, CD-SHG is measured as the normalized difference between SHG signals <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> excited with a left-handed circular and a right-handed circular polarization (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Schmeltz et al., 2020</xref>):<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:mtext>CD</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>SHG</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec sec-type="results|discussion" id="s3">
<title>Results and Discussion</title>
<p>KTP is a non-centrosymmetric orthorhombic crystal with large nonlinear-optical coefficients. The accurate magnitude of the nonlinear optical coefficients <italic>d</italic> (in pm/V) of KTP has been measured (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Vanherzeele and Bierlein, 1992</xref>), and with the values <italic>d</italic>
<sub>
<italic>xxz</italic>
</sub> &#x3d; 1.91, <italic>d</italic>
<sub>
<italic>yyz</italic>
</sub> &#x3d; 3.64, <italic>d</italic>
<sub>
<italic>zxx</italic>
</sub> &#x3d; 2.54, <italic>d</italic>
<sub>
<italic>zyy</italic>
</sub> &#x3d; 4.35, <italic>d</italic>
<sub>
<italic>zzz</italic>
</sub> &#x3d; 16.9 when excited in the wavelength of 1,064&#xa0;nm. It is noteworthy that <italic>d</italic>
<sub>
<italic>zzz</italic>
</sub> is the dominant nonlinear optical coefficient. The induced SHG polarization can be expressed as:<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m36">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The SHG intensity patterns for a refractive index perfectly matched, aberration-free medium (<italic>n</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; <italic>n</italic>
<sub>2</sub> &#x3d; <italic>n</italic>
<sub>3</sub>) and mismatched stratified media, excited by left-handed and right-handed circular polarized beams at different imaging depths, are shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. For a fair comparison, the calculations are performed at <italic>&#x3bb;</italic> &#x3d; 1,064&#xa0;nm and an oil immersion (<italic>n</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; 1.518) objective of NA &#x3d; 1.2 is considered. The nominal magnification of the imaging system <italic>M</italic> is set to 100. For the mismatched stratified media, the KTP specimen (<italic>n</italic>
<sub>3</sub> &#x3d; 1.738) is mounted below a 170-&#xb5;m cover glass (<italic>n</italic>
<sub>2</sub> &#x3d; 1.525). The imaging depth (<italic>h</italic>
<sub>2</sub>) is set to 20, 40, 60, and 80&#xa0;&#xb5;m, respectively. It is easy to observe a variation for the SHG intensity pattern when the KTP sample is excited by different circular polarizations. The azimuthal angle of the peak value (SHG) or valley value (CD-SHG) were calculated, as listed in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>. The azimuthal angle of the peak value (SHG) or valley value (CD-SHG) is strongly related to the excitation polarization. Besides, for the same excitation, the refractive index mismatches and the imaging depth also affect the azimuthal angle of the peak value (SHG) or valley value (CD-SHG). On the other hand, the SHG intensity distribution of aberration-free medium is symmetric along the <italic>z</italic>-axis and has no side lobes. The location of the peak intensity is at the nominal focus. In contrast, for the mismatched layered media, there is an aberrational focus shift. As the imaging depth increases, the displacement increases and the stretching of the intensity distribution in the <italic>z</italic>-direction becomes more pronounced. In this context, the three-dimensional orientation of KTP can be probed <italic>via</italic> the sign, azimuthal angle, and CD-SHG amplitude distribution. At the same time, the nanoscale morphology can be revealed by the scanned CD-SHG images.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>The detected SHG intensity distributions excited by left-handed, right-handed circular polarized beams at different imaging depths, and corresponding CD-SHG signal. All the intensity distributions are normalized by the respective maximum value. Scale bar, 1&#xa0;&#x3bc;m.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fchem-10-845311-g002.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>The azimuthal angle (degree) of the peak value (SHG) or valley value (CD-SHG) in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Depth (&#x3bc;m)</th>
<th align="center">LCP</th>
<th align="center">RCP</th>
<th align="center">CD-SHG</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Aberration free</td>
<td align="char" char=".">0</td>
<td align="char" char=".">90.0</td>
<td align="char" char=".">90.0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">20</td>
<td align="char" char=".">172.9</td>
<td align="char" char=".">90.0</td>
<td align="char" char=".">90.0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">40</td>
<td align="char" char=".">166.0</td>
<td align="char" char=".">90.0</td>
<td align="char" char=".">82.9</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">60</td>
<td align="char" char=".">153.4</td>
<td align="char" char=".">97.1</td>
<td align="char" char=".">73.3</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">80</td>
<td align="char" char=".">143.1</td>
<td align="char" char=".">100.6</td>
<td align="char" char=".">66.8</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The effects of varying effective NA when focusing to a certain depth in the specimens is essential for the optimization of the experimental polarization-resolved SHG configuration. The variation of effective NA is controlled by changing the pupil size with the iris. The other configuration parameters of the polarization-resolved SHG imaging system are identical to the system described above. <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> shows how the SHG response to a specific point object, excited with a left-handed circular polarization, is affected by altering the pupil size. The point object is located at the coordinate (<italic>x</italic> &#x3d; 0.14 &#x3bc;m, <italic>y</italic> &#x3d; 0&#xa0;&#x3bc;m), which corresponds to the SHG signal peak location of aberration-free medium excited by left-handed circular polarized beams. The distribution along each vertical section shows the axial distribution for a given NA. Each distribution is normalized to the respective maximum intensity. The results for focusing into a perfectly matched, aberration-free medium are shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3A</xref>. There is a regular shape of the SHG distribution for this case. <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3B&#x2013;D</xref> reveal the distributions when focusing to depths of 20, 40, and 60&#xa0;&#xb5;m with refractive index mismatch, respectively. As the focusing depth gets to 20&#xa0;&#x3bc;m, the distribution along the vertical section is broader than that in the aberration-free case, with no significant side lobes. It should also be pointed out that the NA corresponding to the peak intensity changes to 1.19. The shape of the axial distribution degenerates at higher NAs when focusing to a depth of 40&#xa0;&#xb5;m. These effects are further exaggerated at an imaging depth of 60&#xa0;&#x3bc;m, and the axial distribution is severely distorted due to the specimen-induced spherical aberration. There are also significant side lobes along the vertical profile as the effective NA increases. These results are in accordance with the fact that high NA imaging systems are more sensitive to the aberration. In addition, it has been found that right-handed circular polarization has almost the same analysis result with left-handed circular polarization.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>SHG response to a point object located at the coordinate (<italic>x</italic> &#x3d; 0.14&#xa0;&#x3bc;m, <italic>y</italic> &#x3d; 0&#xa0;&#x3bc;m), excited with a left-handed circular polarization, as a function of the effective NA for an oil immersion objective of maximum NA &#x3d; 1.25. <bold>(A)</bold> Refractive index mismatch free, <bold>(B)</bold> depth &#x3d; 20&#xa0;&#x3bc;m, <bold>(C)</bold> depth &#x3d; 40&#xa0;&#x3bc;m, <bold>(D)</bold> depth &#x3d; 60&#xa0;&#xb5;m.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fchem-10-845311-g003.tif"/>
</fig>
<p>For a vertical interface between materials with refractive index mismatches, it has been found that commonly used diffraction-integral-based simulation strategies fail to generate accurate SHG distribution. In contrast, the FDTD family of methods calculate the electric fields at every point of a 3D grid in successive times by solving discretized Maxwell equations for specified materials. The implementation details and the validity of FDTD strategies in the context of nonlinear microscopy have been demonstrated (<xref ref-type="bibr" rid="B12">Morizet et al., 2021</xref>). <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4A</xref> shows the schematic of an FDTD simulation for SHG microscopy under circular polarized excitation to a vertical interface. Here, FDTD calculations are performed firstly to evaluate the field distribution when focused on a vertical KTP&#x2013;water interface for circular polarized beams. An incoming Gaussian beam with a central wavelength of 1,045&#xa0;nm and 10-nm bandwidth is tightly focused by an objective lens (NA &#x3d; 1.0) in the simulation. The calculations are carried out over a focal region spanning 15&#xa0;&#x3bc;m<sup>3</sup> &#xd7; 15&#xa0;&#x3bc;m<sup>3</sup> &#xd7; 8&#xa0;&#x3bc;m<sup>3</sup> discretized over 50-nm steps. The simulation time resolution is set to 160&#xa0;fs. The intensity distribution is calculated as the beam was focused 5&#xa0;&#xb5;m below the sample surface. FDTD simulations were performed with Lumerical version 2020a in the Microsoft Windows 10 operating system. The calculation was implemented on a PC equipped with Intel Core i7-11800H CPU and one NVIDIA GeForce RTX 3050Ti Laptop graphical processing unit (GPU) with a typical computing mesh accuracy of 3. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4C1&#x2013;C3</xref>, the dramatic distortions of the focal field distribution caused by the mismatched vertical interface can be revealed by FDTD calculations. An asymmetric double-peaked distribution close to the interface is generated due to the vertical refractive index mismatches. Traditional propagation models could not take full account of sample heterogeneity near focus, which are usually neglected in polarization-resolved SHG microscopy studies. <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4C4</xref> shows the intensity line profiles along the horizontal lines in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4C1</xref> at the position of y &#x3d; 250&#xa0;nm. It is particularly interesting to find that there is a slight difference between the focus field distributions of left-handed and right-handed circular polarized beams.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Schematic of an FDTD simulation for nonlinear microscopy for under circular polarized excitations to a vertical interface. <bold>(B)</bold> Simplified simulation geometry and properties of the simulation materials. <bold>(C1&#x2013;C3)</bold> Near-focus excitation intensity distributions along a vertical interface located near the focus for left-handed circular polarized beams. <bold>(C4)</bold> The intensity line profiles along the horizontal lines in <bold>(C1)</bold>. <bold>(D1,D2)</bold> The SHG signal response distribution to a vertical KTP&#x2013;water interface and corresponding intensity line profile. Scale bar, 1&#xa0;&#x3bc;m.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fchem-10-845311-g004.tif"/>
</fig>
<p>Next, the capability of FDTD methods to model circular-polarization-excited SHG imaging in index-mismatched media in the case of a vertical interface between water and a KTP material are investigated. For the KTP material, a non-zero diagonal second-order susceptibility was considered. We speculate that index mismatch of the vertical interface results in significant profile distortions. <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4D1</xref> illustrates the SHG intensity distribution when the focused beam is 2D scanned across the interface in a region of x &#x2208; (&#x2212;3&#xa0;&#xb5;m, 3&#xa0;&#xb5;m), z &#x2208; (&#x2212;5&#xa0;&#xb5;m, 3&#xa0;&#xb5;m). As shown in the extracted profile (<xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4D2</xref>), for refractive index mismatch, the position of the peak or valley signals is not located at the interface, which is inconsistent with intuitive perception. The right-handed circular polarization has almost the same distribution with left-handed circular polarization. These results are important for the quantitative interpretation of SHG images of KTP growth.</p>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s4">
<title>Conclusion</title>
<p>In summary, we have demonstrated a previously unidentified rigorous model to demonstrate circular dichroism SHG microscopy through stratified media for KTP crystal. In our proposed model, the refractive index mismatches and the imaging depth are taken into account for quantitative analysis of the CD-SHG signal. It has been demonstrated that the azimuthal angle of the peak value (SHG) or valley value (CD-SHG) is strongly related to the excitation polarization when the KTP sample is excited by different circular polarizations. Importantly, for the same excitation, the refractive index mismatches and the imaging depth also affect the azimuthal angle. Besides, the numerical framework based on FDTD can be an applicable simulation strategy to investigate CD-SHG microscopy with sample refractive index heterogeneity. It is expected that the proposed model can contribute towards new insights into nanoscale morphology of KTP and the experimental configuration optimization of CD-SHG microscopy.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s5">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusion of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>Author Contributions</title>
<p>BW and WW conceived the project. WW and JT supervised the research. BW and KW performed all simulations. BW and XS performed data analyses. BW and WW wrote the manuscript with assistance from all authors.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Funding</title>
<p>This work was funded by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 51775148 and 51975161).</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s8">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s9">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ack>
<p>We would like to thank the rest of the team for the fruitful discussion of this project.</p>
</ack>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bautista</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huttunen</surname>
<given-names>M. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>M&#xe4;kitalo</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kontio</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Simonen</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kauranen</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Second-harmonic Generation Imaging of Metal Nano-Objects with Cylindrical Vector Beams</article-title>. <source>Nano Lett.</source> <volume>12</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>3207</fpage>&#x2013;<lpage>3212</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/nl301190x</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bautista</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kakko</surname>
<given-names>J.-P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dhaka</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Karvonen</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Nonlinear Microscopy Using Cylindrical Vector Beams: Applications to Three-Dimensional Imaging of Nanostructures</article-title>. <source>Opt. Express</source> <volume>25</volume> (<issue>11</issue>), <fpage>12463</fpage>&#x2013;<lpage>12468</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/oe.25.012463</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Belardini</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Benedetti</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Centini</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Leahu</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mura</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sennato</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Second Harmonic Generation Circular Dichroism from Self-Ordered Hybrid Plasmonic-Photonic Nanosurfaces</article-title>. <source>Adv. Opt. Mater.</source> <volume>2</volume> (<issue>3</issue>), <fpage>208</fpage>&#x2013;<lpage>213</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/adom.201300385</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bierlein</surname>
<given-names>J. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vanherzeele</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1989</year>). <article-title>Potassium Titanyl Phosphate: Properties and New Applications</article-title>. <source>J. Opt. Soc. Am. B</source> <volume>6</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>622</fpage>&#x2013;<lpage>633</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/josab.6.000622</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>R&#xfc;ter</surname>
<given-names>C. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Volk</surname>
<given-names>M. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Second Harmonic Generation of diamond-blade Diced KTiOPO_4 ridge Waveguides</article-title>. <source>Opt. Express</source> <volume>24</volume> (<issue>15</issue>), <fpage>16434</fpage>&#x2013;<lpage>16439</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/oe.24.016434</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Choi</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chon</surname>
<given-names>J. W. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gu</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Characterization of a Subwavelength-Scale 3D Void Structure Using the FDTD-Based Confocal Laser Scanning Microscopic Image Mapping Technique</article-title>. <source>Opt. Express</source> <volume>15</volume> (<issue>17</issue>), <fpage>10767</fpage>&#x2013;<lpage>10781</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/oe.15.010767</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Driscoll</surname>
<given-names>T. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Perkins</surname>
<given-names>P. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hoffman</surname>
<given-names>H. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stone</surname>
<given-names>R. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1986</year>). <article-title>Efficient Second-Harmonic Generation in KTP Crystals</article-title>. <source>J. Opt. Soc. Am. B</source> <volume>3</volume> (<issue>5</issue>), <fpage>683</fpage>&#x2013;<lpage>686</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/josab.3.000683</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gleeson</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>O&#x27;Dwyer</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guerin</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rice</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Thompson</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tofail</surname>
<given-names>S. A. M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Quantitative Polarization&#x2010;Resolved Second&#x2010;Harmonic&#x2010;Generation Microscopy of Glycine Microneedles</article-title>. <source>Adv. Mater.</source> <volume>32</volume> (<issue>46</issue>), <fpage>2002873</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/adma.202002873</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Haeberl&#xe9;</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ammar</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Furukawa</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tenjimbayashi</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>T&#xf6;r&#xf6;k</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003</year>). <article-title>The point Spread Function of Optical Microscopes Imaging through Stratified media</article-title>. <source>Opt. Express</source> <volume>11</volume> (<issue>22</issue>), <fpage>2964</fpage>&#x2013;<lpage>2969</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/oe.11.002964</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kleinman</surname>
<given-names>D. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1962</year>). <article-title>Nonlinear Dielectric Polarization in Optical media</article-title>. <source>Phys. Rev.</source> <volume>126</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>1977</fpage>&#x2013;<lpage>1979</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrev.126.1977</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Le Xuan</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Slablab</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chauvat</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tard</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Perruchas</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Photostable Second-Harmonic Generation from a Single KTiOPO4Nanocrystal for Nonlinear Microscopy</article-title>. <source>Small</source> <volume>4</volume> (<issue>9</issue>), <fpage>1332</fpage>&#x2013;<lpage>1336</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/smll.200701093</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Morizet</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sartorello</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dray</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stringari</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Beaurepaire</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Olivier</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Modeling Nonlinear Microscopy Near index-mismatched Interfaces</article-title>. <source>Optica</source> <volume>8</volume> (<issue>7</issue>), <fpage>944</fpage>&#x2013;<lpage>951</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/optica.421257</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ren</surname>
<given-names>M.-L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Agarwal</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Agarwal</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Crystallographic Characterization of II-VI Semiconducting Nanostructures via Optical Second Harmonic Generation</article-title>. <source>Nano Lett.</source> <volume>15</volume> (<issue>11</issue>), <fpage>7341</fpage>&#x2013;<lpage>7346</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/acs.nanolett.5b02690</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Richards</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wolf</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1959</year>). <article-title>Electromagnetic Diffraction in Optical Systems, II. Structure of the Image Field in an Aplanatic System</article-title>. <source>Proc. Roy. Soc. Lond. Ser. A.</source> <volume>253</volume> (<issue>1274</issue>), <fpage>358</fpage>&#x2013;<lpage>379</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Schmeltz</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Teulon</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pinsard</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hansen</surname>
<given-names>U.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alnawaiseh</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ghoubay</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Circular Dichroism Second-Harmonic Generation Microscopy Probes the Polarity Distribution of Collagen Fibrils</article-title>. <source>Optica</source> <volume>7</volume> (<issue>11</issue>), <fpage>1469</fpage>&#x2013;<lpage>1476</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/optica.399246</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sutherland</surname>
<given-names>R. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003</year>). <source>Handbook of Nonlinear Optics</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>CRC Press</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>T&#xf6;r&#xf6;k</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Higdon</surname>
<given-names>P. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wilson</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Theory for Confocal and Conventional Microscopes Imaging Small Dielectric Scatterers</article-title>. <source>J. Mod. Optic.</source> <volume>45</volume> (<issue>8</issue>), <fpage>1681</fpage>&#x2013;<lpage>1698</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>T&#xf6;r&#xf6;k</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Munro</surname>
<given-names>P. R. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kriezis</surname>
<given-names>E. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>High Numerical Aperture Vectorial Imaging in Coherent Optical Microscopes</article-title>. <source>Opt. Express</source> <volume>16</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>507</fpage>&#x2013;<lpage>523</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>T&#xf6;r&#xf6;k</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Propagation of Electromagnetic Dipole Waves through Dielectric Interfaces</article-title>. <source>Opt. Lett.</source> <volume>25</volume> (<issue>19</issue>), <fpage>1463</fpage>&#x2013;<lpage>1465</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>T&#xf6;r&#xf6;k</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Varga</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Electromagnetic Diffraction of Light Focused through a Stratified Medium</article-title>. <source>Appli. Opt.</source> <volume>36</volume> (<issue>11</issue>), <fpage>2305</fpage>&#x2013;<lpage>2312</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>van der Kolk</surname>
<given-names>J. N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bancelin</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kioulos</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lesina</surname>
<given-names>A. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>L&#xe9;gar&#xe9;</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ramunno</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Effect of Refractive index Mismatch on Forward-To-Backward Ratios in SHG Imaging</article-title>. <source>Opt. Lett.</source> <volume>43</volume> (<issue>20</issue>), <fpage>5082</fpage>&#x2013;<lpage>5085</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/ol.43.005082</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vanherzeele</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bierlein</surname>
<given-names>J. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1992</year>). <article-title>Magnitude of the Nonlinear-Optical Coefficients of KTiOPO_4</article-title>. <source>Opt. Lett.</source> <volume>17</volume> (<issue>14</issue>), <fpage>982</fpage>&#x2013;<lpage>984</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/ol.17.000982</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tan</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Rigorous Modelling of Second Harmonic Generation Imaging through Stratified media Focused by Radially Polarized Beams</article-title>. <source>Opt. Express</source> <volume>27</volume> (<issue>14</issue>), <fpage>19737</fpage>&#x2013;<lpage>19748</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/oe.27.019737</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yew</surname>
<given-names>E. Y. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sheppard</surname>
<given-names>C. J. R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Vectorial Approach to Studying Second Harmonic Generation in Collagen Using Linearly and Radially Polarized Beams Proc</article-title>. <source>SPIE</source> <volume>6163</volume>, <fpage>61630L</fpage>. </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>