Optyka nieliniowa lub NLO odnosi się do gałęzi optyki, która bada właściwości światła w ośrodku nieliniowym. W ośrodkach nieliniowych gęstość polaryzacji (P) oddziałuje nieliniowo z polem elektrycznym światła (E). Ogólnie rzecz biorąc, nieliniowość światła można badać przy ekstremalnie wysokich natężeniach światła (wartości atomowych pól elektrycznych, zwykle 108 V / m), jakie są wytwarzane przez lasery. Szacuje się, że po przekroczeniu granicy Schwingera próżnia stanie się ośrodkiem nieliniowym. Zasada superpozycji nie może być zastosowana do optyki nieliniowej.
Historia optyki nieliniowej
Maria Goeppert Mayer była pierwszą osobą, która zaobserwowała nieliniowy efekt optyczny podczas absorpcji dwóch fotonów w 1931 r. Jednak teoria ta pozostała niezbadana do 1961 r. W 1961 r. Laboratoria Bell przeprowadziły eksperymenty dotyczące obserwacji absorpcji dwufotonowej. Jednocześnie Peter Franken i wsp. z University of Michigan odkryli generację drugiej harmonicznej. Oba te postępy nastąpiły wkrótce po opracowaniu pierwszego lasera przez Theodore'a Maimana. Jednak pewne właściwości nieliniowej optyki zostały ujawnione jeszcze przed skonstruowaniem lasera. Monografia Bloembergena „Optyka nieliniowa” była pierwszą, która opisała i ustanowiła podstawową teorię dla kilku nieliniowych procesów optycznych.
Źródło: Pangkakit at Chińska Wikipedia, Wskaźniki laserowe, CC BY-SA 3.0
Co to są nieliniowe procesy optyczne?
Optyka nieliniowa dodatkowo wyjaśnia nieliniową odpowiedź właściwości, takich jak polaryzacja, częstotliwość, długość fali, droga lub faza padającego światła, interakcje z różnymi mediami itp. Takie nieliniowe oddziaływania prowadzą do kilku zjawisk optycznych:
Procesy mieszania częstotliwości
• Generowanie drugiej harmonicznej (shg) lub podwojenie częstotliwości: SHG odnosi się do procesu generowania światła z częstotliwością dwa razy większą niż pierwotne światło (lub połową długości fali). W tym procesie dwa fotony są niszczone w celu wytworzenia pojedynczego fotonu o podwojonej częstotliwości.
• Generacja trzeciej harmonicznej (thg): THG odnosi się do procesu generowania światła z częstotliwością trzykrotnie większą niż pierwotne światło (lub jedną trzecią długości fali). W tym procesie trzy fotony są niszczone w celu wytworzenia pojedynczego fotonu, którego częstotliwość jest trzykrotnie większa.
• Generowanie wysokich harmonicznych (hhg): HHG odnosi się do procesu generowania światła o częstotliwościach kilka razy większych od oryginału (zwykle 100 do 1000 razy większych).
• Generowanie sumy częstotliwości (sfg): Proces sumowania dwóch oddzielnych częstotliwości w celu wygenerowania światła o wynikowej częstotliwości nazywa się SFG.
• Generowanie różnicy częstotliwości (dfg): Proces odejmowania dwóch oddzielnych częstotliwości, aby wygenerować wynikową częstotliwość, nazywa się DFG.
• Optyczne wzmocnienie parametryczne (OPA): OPA odnosi się do procesu wzmacniania sygnału wejściowego poprzez wykorzystanie fali pompy o wyższej częstotliwości i jednoczesnego tworzenia fali jałowej.
• Optyczna oscylacja parametryczna (OPO): OPO odnosi się do procesu generowania sygnału i fali jałowej w rezonatorze za pomocą wzmacniacza parametrycznego (bez wejścia sygnału).
• Optyczne generowanie parametryczne (opg): OPG jest podobny do oscylacji parametrycznej, ale nie zawiera rezonatora i zamiast tego zawiera niezwykle wysokie wzmocnienie.
• Generowanie półharmonicznych: Jest to szczególny przypadek OPG lub OPO. W tym przypadku bieg jałowy i sygnał degenerują się na jednej częstotliwości.
• Spontaniczna parametryczna konwersja w dół (SPDC): SPDC odnosi się do procesu wzmacniania fluktuacji próżni należącego do reżimu niskiego wzmocnienia.
• Rektyfikacja optyczna (lub): OR odnosi się do procesu tworzenia quasi-statycznych pól elektrycznych.
• Oddziaływanie nieliniowej materii świetlnej z plazmami i swobodnymi elektronami.
Inne procesy nieliniowe
• Optyczny efekt Kerra, który przedstawia współczynnik załamania światła zależny od intensywności.
Efekt Kerra: Efekt Kerra (czasami nazywany kwadratowym efektem elektrooptycznym) odnosi się do zmiany współczynnika załamania światła ośrodka pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego.
• Modulacja międzyfazowa (xpm): W XPM pewna długość fali światła może wpływać na fazę o innej długości fali światła ze względu na optyczny efekt Kerra.
• Mieszanie czterofalowe (fwm): FWM jest tworzony z innych nieliniowości.
• Generowanie fal spolaryzowanych krzyżowo (XPW): XPW odnosi się do efektu, który generuje falę o wektorze polaryzacji prostopadłym do fali wejściowej.
• Wzmocnienie Ramana
• Niestabilność modulacyjna.
• Sprzężenie faz optycznych: Odnosi się do odwrócenia kierunku i fazy propagacji danej wiązki światła.
• Stymulowane rozpraszanie Brillouina: Odnosi się to do interakcji fotonów z fononami akustycznymi.
• Absorpcja wielofotonowa: Odnosi się to do przenoszenia energii do pojedynczego elektronu poprzez jednoczesną absorpcję dwóch lub więcej fotonów.
• Wielokrotne fotojonizacje: Odnosi się to do wykluczenia kilku związanych elektronów przez jeden pojedynczy foton prawie jednocześnie.
• Chaos optyczny: Odnosi się to do niestabilności lasera obserwowanych w kilku nieliniowych układach optycznych.
Procesy związane z optyką nieliniową:
Procesy, w których medium obserwuje liniową interakcję światła, ale wpływają na nie różne inne przyczyny:
• Efekt Pockelsa: W tym przypadku na współczynnik załamania światła ośrodka ma wpływ statyczne pole elektryczne. Znajduje się to w modulatorach elektrooptycznych.
- Rozpraszanie Ramana: W tym przypadku fotony oddziałują z fononami optycznymi.
• Akustyczno-optyczna: W tym przypadku na współczynnik załamania światła ośrodka wpływają fale akustyczne (ultradźwięki). Jest to stosowane w modulatorach akustooptycznych.
Optyka molekularna nieliniowa
Wczesne obserwacje nieliniowej optyki i ośrodków koncentrowały się głównie na nieorganicznych ciałach stałych. Z czasem, gdy pojawiło się więcej badań związanych z optyką nieliniową, zbadano dziedzinę nieliniowej optyki molekularnej.
Wczesne podejścia, które zostały użyte do poprawy nieliniowych właściwości lub nieliniowości, obejmują procesy
W ostatnich latach opracowano kilka nowatorskich kierunków manipulacji światłem i ulepszonej nieliniowości. Niektóre z tych propozycji obejmowały kaskadowanie nieliniowości drugiego rzędu mikroskopowo, łączenie bogatej gęstości stanów z przemianą wiązań, skręcaniem chromoforów itp. Znakomite zalety nieliniowej optyki molekularnej spowodowały, że znalazła ona znaczące zastosowanie w dziedzinie biofotoniki obejmującej biosensację, bioobrazowanie, fototerapia itp.
Optyka molekularna nieliniowa opiera się na teorii modelu sum-nadstanów (SOS). Oddziaływanie pojedynczej wyizolowanej cząsteczki z promieniowaniem bada teoria zaburzeń pierwszego rzędu. Wynikowe wyrażenia dla nieliniowej hiperpolaryzacji molekularnej i polaryzacji liniowej zależą od właściwości momentów przejściowych dipoli elektrycznych i stanów molekularnych dla indukowanych światłem przejść między nimi.
Nieliniowe formowanie optyczne
Kiedy pola optyczne są transmitowane przez nieliniowe media Kerra, mogą wykazywać pewną formę formowania się wzoru. Dzieje się tak z powodu wzmocnienia przestrzennego i czasowego szumu przez nieliniowe medium. Efekt ten określa się jako niestabilność modulacji optycznej. Niestabilność modulacji optycznej została zauważona w obu sieciach fotonicznych, foto-refrakcyjnych i fotoreaktywnych. Nieliniowość optyczna indukowana reakcją zwiększa współczynnik załamania światła dla układów fotoreaktywnych.
Sprzężenie faz optycznych
Nieliniowe procesy optyczne umożliwiły odwrócenie kierunku propagacji i zmiany fazy wiązki światła. Odwrócona wiązka jest nazywana wiązką sprzężoną (stąd nazwa sprzężenie fazy optycznej) oryginału. Technika ta jest również nazywana odwróceniem czoła fali odwrócenia czasu. Instrument, który wytwarza takie sprzężone wiązki, jest znany jako zwierciadło sprzężone fazowo (PCM).
Aby dowiedzieć się więcej o wizycie w energii świetlnej https://techiescience.com/light-energy-light-energy-examples-and-uses/ & https://techiescience.com/a-detailed-overview-on-lensometer-working-uses-parts/
Aby dowiedzieć się więcej o teleskopach, odwiedź https://techiescience.com/newtonian-telescope/ & https://techiescience.com/reflecting-telescope/
Przeczytaj także:
- Prędkość kątowa a prędkość liniowa, prędkość kątowa i prędkość liniowa
- Czy DNA prokariotyczny jest kolisty czy liniowy
Cześć, jestem Sanchari Chakraborty. Zrobiłem magisterium z elektroniki.
Zawsze lubię odkrywać nowe wynalazki w dziedzinie elektroniki.
Jestem chętnym uczniem, obecnie inwestuję w dziedzinę optyki stosowanej i fotoniki. Jestem także aktywnym członkiem SPIE (Międzynarodowe stowarzyszenie optyki i fotoniki) oraz OSI (Indyjskie Towarzystwo Optyczne). Moje artykuły mają na celu przybliżenie tematów badań naukowych wysokiej jakości w prosty, ale pouczający sposób. Nauka ewoluuje od niepamiętnych czasów. Próbuję więc wykorzystać tę ewolucję i przedstawić ją czytelnikom.
Połączmy się przez
Witam Cię, Drogi Czytelniku,
Jesteśmy małym zespołem w Techiescience, ciężko pracującym wśród dużych graczy. Jeśli podoba Ci się to, co widzisz, udostępnij nasze treści w mediach społecznościowych. Twoje wsparcie robi wielką różnicę. Dziękuję!