Pregled linearne optike i nelinearne optike
Na temelju interakcije svjetlosti s materijom, optika se može podijeliti u linearnu optiku (LO) i nelinearnu optiku (NLO). Linearna optika (LO) temelj je klasične optike, usredotočujući se na linearne interakcije svjetlosti. Suprotno tome, nelinearna optika (NLO) nastaje kada intenzitet svjetlosti nije izravno proporcionalan optičkom odzivu materijala, posebno u uvjetima visokog sjaja, poput lasera.
Linearna optika (LO)
U LO, svjetlost komunicira s materijom pri malim intenzitetima, obično uključuje jedan foton po atomu ili molekuli. Ova interakcija rezultira minimalnim izobličenjem atomskog ili molekularnog stanja, ostajući u svom prirodnom, nesmetanom stanju. Osnovni princip u LO -u je da je dipol izazvan električnim poljem izravno proporcionalan jačini polja. Stoga LO zadovoljava načela superpozicije i dodataka. Načelo superpozicije navodi da je, kada je sustav podvrgnut višestrukim elektromagnetskim valovima, ukupni odgovor jednak zbroju pojedinačnih odgovora na svaki val. Additivnost na sličan način pokazuje da se ukupni odgovor složenog optičkog sustava može odrediti kombiniranjem odgovora njegovih pojedinačnih elemenata. Linearnost u LO znači da je lagano ponašanje konstantno kako se intenzitet mijenja - izlaz je proporcionalan ulazu. Osim toga, u LO -u ne postoji frekvencijska miješanje, pa svjetlost koja prolazi kroz takav sustav zadržava svoju frekvenciju, čak i ako se podvrgne pojačavanju ili modifikaciji faze. Primjeri LO uključuju interakciju svjetlosti s osnovnim optičkim elementima kao što su leće, ogledala, valne ploče i difrakcijske rešetke.
Nelinearna optika (NLO)
NLO se razlikuje po nelinearnom odgovoru na jaku svjetlost, posebno u uvjetima visokog intenziteta gdje je izlaz nerazmjeran ulaznom čvrstoći. U NLO -u, više fotona istovremeno djeluje s materijalom, što rezultira miješanjem svjetla i promjena indeksa loma. Za razliku od LO -a, gdje lagano ponašanje ostaje dosljedno bez obzira na intenzitet, nelinearni učinci postaju vidljivi samo kod ekstremnih intenziteta svjetlosti. U tom se intenzitetu pravila koja normalno reguliraju svjetlosne interakcije, poput načela superpozicije, više se ne primjenjuju, pa čak i sam vakuum mogu se ponašati nelinearno. Nelinearnost u interakciji između svjetlosti i materije omogućava interakciju između različitih frekvencija svjetlosti, što rezultira pojavama kao što su stvaranje harmonične energije i stvaranje zbroja i razlike frekvencije. Pored toga, nelinearna optika uključuje parametrijske procese u kojima se svjetlosna energija preraspodjeljuje za proizvodnju novih frekvencija, kao što se vidi u parametrijskom pojačanju i oscilaciji. Druga važna značajka je modulacija samofaze, u kojoj se faza svjetlosnog vala mijenja vlastitim intenzitetom-učinak koji igra ključnu ulogu u optičkoj komunikaciji.
Interakcije lagane materije u linearnoj i nelinearnoj optici
U LO, kada svjetlost djeluje s materijalom, odgovor materijala je izravno proporcionalan intenzitetu svjetlosti. Suprotno tome, NLO uključuje materijale koji reagiraju ne samo na intenzitet svjetlosti, već i na složenije načine. Kad svjetlost visokog intenziteta pogodi nelinearni materijal, može proizvesti nove boje ili promijeniti svjetlo na neobične načine. Na primjer, crveno svjetlo može se pretvoriti u zeleno svjetlo, jer odgovor materijala uključuje više od proporcionalne promjene - može uključivati udvostručenje frekvencije ili druge složene interakcije. Ovo ponašanje dovodi do složenog skupa optičkih učinaka koji se ne vide u običnim linearnim materijalima.
Primjene linearnih i nelinearnih optičkih tehnika
LO pokriva širok raspon široko korištenih optičkih tehnologija, uključujući leće, ogledala, valne ploče i difrakcijske rešetke. Pruža jednostavan i izračunati okvir za razumijevanje ponašanja svjetlosti u većini optičkih sustava. Uređaji kao što su fazni mjenjači i razdjelnici snopa često se koriste u LO, a polje se razvilo do točke gdje su LO sklopovi stekli istaknutost. Ovi se krugovi sada vide kao višenamjenski alati, s primjenama u područjima kao što su mikrovalna i kvantna optička obrada signala i nastajala bioheuristička računalna arhitektura. NLO je relativno nov i promijenio različita polja kroz svoje raznolike aplikacije. U području telekomunikacija, on igra ključnu ulogu u optičkim sustavima vlakana, što utječe na ograničenja prijenosa podataka kako se povećava laserska snaga. Analitički alati imaju koristi od NLO-a kroz napredne tehnike mikroskopije kao što je konfokalna mikroskopija, koja pruža visoku rezoluciju, lokalizirano snimanje. NLO također poboljšava lasere omogućujući razvoj novih lasera i modificiranje optičkih svojstava. Također je poboljšao tehnike optičkog snimanja za farmaceutsku upotrebu metodama kao što su generacija druge harmonije i fluorescencija s dva fotona. U biofotonici NLO olakšava duboko snimanje tkiva s minimalnim oštećenjem i omogućuje označavanje besplatnog biokemijskog kontrasta. Polje ima naprednu Terahertz tehnologiju, što omogućava stvaranje intenzivnih impulsa Terahertz s jednim periodom. U kvantnoj optici, nelinearni učinci olakšavaju kvantnu komunikaciju pripremom pretvarača frekvencija i zapletenih ekvivalenta fotona. Pored toga, NLO -ove inovacije u raspršivanju Brillouina pomogle su u mikrovalnoj obradi i konjugaciji lagane faze. Općenito, NLO nastavlja gurati granice tehnologije i istraživanja u različitim disciplinama.
Linearna i nelinearna optika i njihove posljedice na napredne tehnologije
Optika igra ključnu ulogu i u svakodnevnim aplikacijama i naprednim tehnologijama. LO pruža osnovu za mnoge uobičajene optičke sustave, dok NLO pokreće inovacije u područjima kao što su telekomunikacije, mikroskopija, laserska tehnologija i biofotonika. Nedavni napredak u NLO-u, posebno što se odnose na dvodimenzionalne materijale, privukli su veliku pažnju zbog svoje potencijalne industrijske i znanstvene primjene. Znanstvenici također istražuju moderne materijale poput kvantnih točkica sekvencijalnom analizom linearnih i nelinearnih svojstava. Kako istraživanje napreduje, kombinirano razumijevanje LO i NLO -a presudno je za poticanje granica tehnologije i širenje mogućnosti optičke znanosti.
Post Vrijeme: NOV 11-2024