Linijinės optikos ir netiesinės optikos apžvalga
Remiantis šviesos sąveika su materija, optiką galima suskirstyti į linijinę optiką (LO) ir netiesinę optiką (NLO). Linijinė optika (LO) yra klasikinės optikos pagrindas, daugiausia dėmesio skiriant linijinei šviesos sąveikai. Priešingai, netiesinė optika (NLO) atsiranda tada, kai šviesos intensyvumas nėra tiesiogiai proporcingas medžiagos optiniam atsakui, ypač esant aukšto lygio sąlygoms, tokioms kaip lazeriai.
Linijinė optika (LO)
LO šviesa sąveikauja su materija esant mažam intensyvumui, paprastai apima vieną fotoną kiekvienam atomui ar molekulei. Ši sąveika lemia minimalų atominės ar molekulinės būklės iškraipymą, išliekant natūralia, netrukdomai. Pagrindinis LO principas yra tas, kad elektrinio lauko sukeltas dipolis yra tiesiogiai proporcingas lauko stiprumui. Todėl LO tenkina superpozicijos ir papildomumo principus. Superpozicijos principe teigiama, kad kai sistema patiria daugybę elektromagnetinių bangų, bendras atsakas yra lygus kiekvienos bangos atskirų reakcijų sumai. Papildomumas taip pat rodo, kad bendrą sudėtingos optinės sistemos atsaką galima nustatyti derinant atskirų elementų atsakymus. LOLEALUMAS LO reiškia, kad šviesos elgsena yra pastovi keičiantis intensyvumui - išėjimas yra proporcingas įvestims. Be to, LO nėra jokio dažnio maišymo, todėl šviesa, einanti per tokią sistemą, išlaiko savo dažnį, net jei ji patiria amplifikaciją ar fazių modifikaciją. LO pavyzdžiai apima šviesos sąveiką su pagrindiniais optiniais elementais, tokiais kaip lęšiai, veidrodžiai, bangų plokštelės ir difrakcijos grotelės.
Netiesinė optika (NLO)
NLO išsiskiria netiesine reakcija į stiprią šviesą, ypač esant didelio intensyvumo sąlygoms, kai išėjimas neproporcingas įėjimo stiprumą. NLO metu keli fotonai tuo pačiu metu sąveikauja su medžiaga, todėl maišoma šviesa ir lūžio rodiklio pokyčiai. Skirtingai nei LO, kur šviesos elgesys išlieka nuoseklus, nepaisant intensyvumo, netiesinis poveikis paaiškėja tik esant ekstremaliam šviesos intensyvumui. Esant tokiam intensyvumui, taisyklės, kurios paprastai valdo šviesos sąveiką, tokias kaip superpozicijos principas, nebetaikomos ir net pats vakuumas gali elgtis netiesiškai. Netiesiškumas šviesos ir medžiagos sąveikai leidžia sąveikauti tarp skirtingų šviesos dažnių, todėl atsiranda tokių reiškinių kaip harmoninis generavimas, sumos ir skirtumų dažnių generavimas. Be to, netiesinė optika apima parametrinius procesus, kuriuose perskirstoma šviesos energija, kad būtų gauta naujų dažnių, kaip matyti iš parametrinės amplifikacijos ir svyravimo. Kita svarbi savybė yra savęs fazės moduliacija, kurioje šviesos bangos fazė keičia jo paties intensyvumu-tai efektas, vaidinantis lemiamą vaidmenį optiniame komunikacijoje.
Šviesos sąveika tiesinėje ir netiesinėje optikoje
Lo, kai šviesa sąveikauja su medžiaga, medžiagos reakcija yra tiesiogiai proporcinga šviesos intensyvumui. Priešingai, NLO apima medžiagas, kurios reaguoja ne tik į šviesos intensyvumą, bet ir sudėtingesnius būdus. Kai didelio intensyvumo šviesa pasiekia netiesinę medžiagą, ji gali sukurti naujas spalvas arba pakeisti šviesą neįprastais būdais. Pvz., Raudona šviesa gali būti paverčiama žalia šviesa, nes medžiagos atsakas apima ne tik proporcingą pokytį - tai gali apimti dažnio dvigubinimą ar kitokią sudėtingą sąveiką. Šis elgesys lemia sudėtingą optinių efektų rinkinį, nematytą įprastose linijinėse medžiagose.
Linijinių ir netiesinių optinių metodų taikymas
LO apima platų plačiai naudojamų optinių technologijų asortimentą, įskaitant lęšius, veidrodžius, bangų plokšteles ir difrakcijos groteles. Tai suteikia paprastą ir apskaičiuojamą pagrindą, kaip suprasti šviesos elgesį daugelyje optinių sistemų. Įrenginiai, tokie kaip fazių perjungikliai ir spindulių padalijimai, dažnai naudojami LO, o laukas išsivystė iki taško, kuriame LO grandinės tapo svarbos. Šios grandinės dabar laikomos daugiafunkciniais įrankiais, naudojant tokias sritis kaip mikrobangų krosnelė ir kvantinis optinio signalo apdorojimas ir kylančios bioheuristinės skaičiavimo architektūros. NLO yra palyginti naujas ir pakeitė įvairias sritis per įvairias programas. Telekomunikacijų srityje jis vaidina pagrindinį vaidmenį pluošto optinėse sistemose, darant įtaką duomenų perdavimo riboms didėjant lazerio galiai. Analitinės priemonės naudos iš NLO, naudojant pažangias mikroskopijos metodus, tokius kaip konfokalinė mikroskopija, kuri suteikia didelės skiriamosios gebos, lokalizuotą vaizdą. NLO taip pat pagerina lazerius, įgalindamas kurti naujus lazerius ir modifikuodama optines savybes. Jis taip pat patobulino farmacijos naudojimo optinio vaizdo gavimo metodus, naudojant tokius metodus kaip antrosios harmoninė karta ir dviejų fotonų fluorescencija. Biofotonikoje NLO palengvina gilų audinių vaizdą su kuo mažesne žala ir suteikia biocheminį kontrastą etiketėje. Lauke yra pažengusi „Terahertz“ technologija, leidžianti sugeneruoti intensyvius vieno laikotarpio tererhercų impulsus. Kvantinės optikos metu netiesinis efektas palengvina kvantinį ryšį, ruošiant dažnio keitiklius ir įsipainiojusius fotono ekvivalentus. Be to, NLO naujovės „Brillouin Scatter“ padėjo mikrobangų apdorojimo ir šviesos fazės konjugacijai. Apskritai NLO ir toliau peržengia technologijų ir tyrimų ribas įvairiose disciplinose.
Linijinė ir netiesinė optika ir jų poveikis pažangioms technologijoms
Optika vaidina pagrindinį vaidmenį tiek kasdienėse programose, tiek pažangiose technologijose. LO suteikia pagrindą daugeliui įprastų optinių sistemų, o NLO skatina inovacijas tokiose srityse kaip telekomunikacijos, mikroskopija, lazerio technologija ir biofotonika. Naujausi NLO pasiekimai, ypač susiję su dvimatėmis medžiagomis, sulaukė daug dėmesio dėl jų galimo pramoninio ir mokslinio pritaikymo. Mokslininkai taip pat tiria šiuolaikines medžiagas, tokias kaip kvantiniai taškai, nuosekliai analizuodami tiesines ir netiesines savybes. Taikant tyrimus, bendras LO ir NLO supratimas yra labai svarbus norint peržengti technologijos ribas ir išplėsti optinio mokslo galimybes.
Pašto laikas: 2012 m. Lapkričio 11 d