Nelineární optika nebo NLO označuje odvětví optiky, které studuje vlastnosti světla v nelineárním médiu. V nelineárních médiích polarizační hustota (P) interaguje nelineárně s elektrickým polem světla (E). Nelinearitu světla lze obecně zkoumat při extrémně vysokých intenzitách světla (hodnotách atomových elektrických polí, obvykle 108 V / m), které produkují lasery. Odhaduje se, že vakuum se stane nelineárním médiem po překročení Schwingerova limitu. Princip superpozice nelze použít na nelineární optiku.
Historie nelineární optiky
Maria Goeppert Mayer byla první osobou, která pozorovala nelineární optický efekt během absorpce dvou fotonů v roce 1931. Tato teorie však zůstala neprozkoumaná až do roku 1961. V roce 1961 provedly Bellovy laboratoře experimenty pro pozorování absorpce dvou fotonů. Současně Peter Franken a kol. z University of Michigan objevil druhou harmonickou generaci. K oběma těmto pokrokům došlo brzy poté, co Theodore Maiman vyvinul první laser. Některé vlastnosti nelineární optiky však byly vyneseny na světlo před konstrukcí laseru. Bloembergenova monografie „nelineární optika“ jako první popsala a nastolila základní teorii pro několik nelineárních optických procesů.
Zdroj: Pangkakit at Čínská Wikipedia, Laserové ukazovátka, CC BY-SA 3.0
Co jsou nelineární optické procesy?
Nelineární optika dále vysvětluje nelineární odezvu vlastností, jako je polarizace, frekvence, vlnová délka, dráha nebo fáze dopadajícího světla, interakce s různými médii atd. Tyto nelineární interakce vedou k několika optickým jevům:
Frekvenční směšovací procesy
• Generování druhé harmonické (shg) nebo zdvojnásobení frekvence: SHG označuje proces generování světla s frekvencí dvakrát vyšší než původní světlo (nebo poloviční vlnová délka). V tomto procesu jsou dva fotony zničeny pro produkci jediného fotonu se zdvojnásobenou frekvencí.
• Třetí harmonická generace (thg): THG označuje proces generování světla s frekvencí třikrát vyšší než je původní světlo (nebo jedna třetina vlnové délky). V tomto procesu jsou zničeny tři fotony pro produkci jediného fotonu, který ztrojnásobil frekvenci.
• Vysoce harmonická generace (hhg): HHG označuje proces generování světla s frekvencemi několikanásobně vyššími než původní (obvykle 100 až 1000krát vyšší).
• Generování součtové frekvence (sfg): Proces sčítání dvou samostatných frekvencí pro generování světla s výslednou frekvencí se nazývá SFG.
• Generování rozdílové frekvence (dfg): Proces odečtení dvou samostatných frekvencí pro generování s výslednou frekvencí se nazývá DFG.
• Optické parametrické zesílení (opa): OPA označuje proces zesílení vstupního signálu využitím vysokofrekvenční vlny čerpadla a současného vytvoření vlny naprázdno.
• Optická parametrická oscilace (opo): OPO označuje proces generování signálu a napínací vlny v rezonátoru pomocí parametrického zesilovače (bez jakéhokoli vstupu signálu).
• Optické parametrické generování (opg): OPG je podobný parametrickému kmitání, ale neobsahuje rezonátor a místo toho obsahuje extrémně vysoký zisk.
• Poloharmonická generace: Jedná se o konkrétní případ opg nebo opo. V tomto případě se idler a signál degenerují na jedné frekvenci.
• Spontánní parametrická down-konverze (spdc): SPDC označuje proces zesílení fluktuace vakua, který patří do režimu s nízkým ziskem.
• Optická oprava (nebo): NEBO odkazuje na proces vytváření kvazi-statických elektrických polí.
• Interakce nelineární světelné hmoty s plazmatem a volnými elektrony.
Jiné nelineární procesy
• Optický efekt Kerr, který zobrazuje index lomu závislý na intenzitě.
Efekt Kerr: Účinek Kerr (někdy označovaný jako kvadratický elektrooptický efekt) se týká změny indexu lomu média ovlivněného aplikovaným elektrickým polem.
• Mezifázová modulace (xpm): V XPM může určitá vlnová délka světla ovlivnit fázi jiné vlnové délky světla díky optickému Kerrovu efektu.
• Čtyřvlnové směšování (fwm): FWM je vytvořen z jiných nelinearit.
• Generování křížově polarizovaných vln (xpw): XPW označuje účinek, který generuje vlnu mající polarizační vektor kolmý na vstupní vlnu.
• Ramanovo zesílení
• Modulační nestabilita.
• Konjugace optických fází: Toto se týká obrácení směru a fáze šíření daného paprsku světla.
• Stimulovaný Brillouinův rozptyl: To se týká interakce fotonů s akustickými fonony.
• Vícefotonová absorpce: To se týká přenosu energie do jednoho elektronu absorpcí dvou nebo více fotonů současně.
• Několik fotoionizací: To se týká vyloučení několika vázaných elektronů jedním jediným fotonem téměř současně.
• Optický chaos: To se týká laserových nestabilit pozorovaných v několika nelineárních optických systémech.
Procesy související s nelineární optikou:
Procesy, ve kterých médium pozoruje lineární interakci světla, ale jsou ovlivněny různými jinými příčinami:
• Pockels efekt: V tomto je index lomu média ovlivněn statickým elektrickým polem. To se nachází v elektrooptických modulátorech.
- Ramanův rozptyl: V tomto fotony interagují s optickými fonony.
• Akustooptika: V tomto případě je index lomu média ovlivněn akustickými vlnami (ultrazvuk). To se používá v acousto-optických modulátorech.
Molekulární nelineární optika
Počáteční pozorování nelineární optiky a médií se primárně soustředila na anorganické pevné látky. Postupem času, kdy přišlo více studií souvisejících s nelineární optikou, byla zkoumána oblast molekulární nelineární optiky.
Rané přístupy, které byly použity ke zlepšení nelineárních vlastností nebo nelinearit, zahrnují procesy
V posledních letech bylo navrženo několik nových směrů pro manipulaci se světlem a zlepšenou nelinearitu. Některé z těchto návrhů zahrnovaly kaskádování nelinearity druhého řádu mikroskopicky, kombinování bohaté hustoty stavů se střídáním vazeb, kroucením chromoforů atd. Proslulé výhody molekulární nelineární optiky vedly k tomu, že se významně používá v oblasti biofotoniky, která zahrnuje biosenzování, bioimaging, fototerapie atd.
Molekulární nelineární optika je založena na teorii modelu součtu stavů (SOS). Interakce jedné izolované molekuly se zářením je studována pomocí teorie poruch prvního řádu. Výsledné výrazy pro nelineární molekulární hyperpolarizability a lineární polarizovatelnost jsou závislé na vlastnostech přechodových momentů elektrických dipólů a molekulárních stavech pro světelně indukované přechody mezi nimi.
Nelineární tvorba optického vzoru
Když jsou optická pole přenášena prostřednictvím nelineárních médií Kerr, mohou zobrazovat určitou formu formování vzoru. K tomu dochází v důsledku zesílení prostorového a časového šumu nelineárním médiem. Tento efekt se nazývá nestabilita optické modulace. Nestabilita optické modulace byla vnímána v obou fotonických mřížkách, foto-lomových spolu s foto-reaktivními systémy. Reakcí vyvolaná optická nelinearita zvyšuje index lomu fotoreaktivních systémů.
Konjugace optických fází
Nelineární optické procesy umožnily obrátit směr šíření a fázové variace světelného paprsku. Obrácený paprsek se nazývá konjugovaný paprsek (odtud název optická fázová konjugace) originálu. Tato technika se také označuje jako obrácení časových změn na vlnoploše. Nástroj, který produkuje takové konjugované paprsky, je známý jako zrcadlo s fázovou konjugací (PCM).
Chcete-li vědět více o návštěvě světelné energie https://techiescience.com/light-energy-light-energy-examples-and-uses/ & https://techiescience.com/a-detailed-overview-on-lensometer-working-uses-parts/
Chcete-li se dozvědět více o dalekohledech, navštivte https://techiescience.com/newtonian-telescope/ & https://techiescience.com/reflecting-telescope/
Také čtení:
- Úhlová rychlost vs lineární rychlost úhlová rychlost a lineární rychlost
- Je prokaryotická dna kruhová nebo lineární
Ahoj, jsem Sanchari Chakraborty. Vystudoval jsem elektroniku.
Vždy rád zkoumám nové vynálezy v oblasti elektroniky.
Jsem horlivý student, v současné době investuji do oblasti aplikované optiky a fotoniky. Jsem také aktivním členem SPIE (Mezinárodní společnost pro optiku a fotoniku) a OSI (Optical Society of India). Moje články jsou zaměřeny na přiblížení kvalitních vědeckých výzkumných témat jednoduchým, ale informativním způsobem. Věda se vyvíjí od nepaměti. Takže se snažím nahlédnout do evoluce a představit ji čtenářům.
Pojďme se připojit
Ahoj kolego čtenáři,
Jsme malý tým v Techiescience, tvrdě pracujeme mezi velkými hráči. Pokud se vám líbí, co vidíte, sdílejte náš obsah na sociálních sítích. Vaše podpora znamená velký rozdíl. Děkuji!