Niet-lineaire optica of NLO verwijst naar de tak van optica die de eigenschappen van licht in een niet-lineair medium bestudeert. In niet-lineaire media werkt de polarisatiedichtheid (P) niet-lineair samen met het elektrische veld van het licht (E). Over het algemeen kan de niet-lineariteit van licht worden onderzocht bij extreem hoge lichtintensiteiten (waarden van atomaire elektrische velden, meestal 108 V / m), zoals geproduceerd door lasers. Geschat wordt dat een vacuüm een niet-lineair medium wordt na het overschrijden van de Schwinger-limiet. Het superpositieprincipe kan niet worden toegepast op niet-lineaire optica.
Geschiedenis van niet-lineaire optica
Maria Goeppert Mayer was de eerste persoon die het niet-lineaire optische effect waarnam tijdens de absorptie van twee fotonen in 1931. Deze theorie bleef echter tot 1961 onontgonnen. In 1961 voerde Bell Labs experimenten uit om de absorptie van twee fotonen te observeren. Tegelijkertijd Peter Franken et al. van de Universiteit van Michigan ontdekte tweede harmonische generatie. Beide vorderingen vonden plaats kort nadat Theodore Maiman de eerste laser had ontwikkeld. Bepaalde eigenschappen van niet-lineaire optica werden echter aan het licht gebracht voordat de laser werd gebouwd. Bloembergen's monografie "niet-lineaire optica" was de eerste die de basistheorie voor verschillende niet-lineaire optische processen beschreef en vastlegde.
Bron: Pangkakit at Chinese Wikipedia, Laserpointers, CC BY-SA 3.0
Wat zijn niet-lineaire optische processen?
Niet-lineaire optica verklaart verder de niet-lineaire respons van eigenschappen zoals polarisatie, frequentie, golflengte, pad of fase van het invallende licht, interactie met verschillende media, enz. Dergelijke niet-lineaire interacties leiden tot verschillende optische verschijnselen:
Frequentie-mengprocessen
• Tweede harmonische generatie (shg) of frequentieverdubbeling: SHG verwijst naar het proces van lichtopwekking met een frequentie die twee keer zo groot is als het oorspronkelijke licht (of de helft van de golflengte). In dit proces worden twee fotonen vernietigd voor het produceren van een enkel foton met een verdubbelde frequentie.
• Derde harmonische generatie (THG): THG verwijst naar het proces van lichtopwekking met een frequentie die driemaal zo hoog is als die van het oorspronkelijke licht (of een derde van de golflengte). In dit proces worden drie fotonen vernietigd voor het produceren van een enkel foton, met een verdrievoudigde frequentie.
• Hoge harmonische generatie (hhg): HHG verwijst naar het proces van lichtopwekking met frequenties die meerdere keren hoger zijn dan het origineel (over het algemeen 100 tot 1000 keer hoger).
• Som-frequentie generatie (sfg): Het proces van het optellen van twee afzonderlijke frequenties om licht te genereren met de resulterende frequentie, wordt SFG genoemd.
• Verschilfrequentie-generatie (dfg): Het proces waarbij twee afzonderlijke frequenties worden afgetrokken om de resulterende frequentie te genereren, wordt DFG genoemd.
• Optische parametrische versterking (opa): OPA verwijst naar het proces van signaalinvoerversterking door gebruik te maken van een pompgolf met een hogere frequentie en tegelijkertijd een niet-aangedreven golf te creëren.
• Optische parametrische oscillatie (opo): OPO verwijst naar het proces van signaal- en niet-aangedreven golfgeneratie in een resonator met behulp van een parametrische versterker (zonder enige signaalinvoer).
• Optische parametrische generatie (opg): OPG is vergelijkbaar met parametrische oscillatie, maar bevat geen resonator en in plaats daarvan een extreem hoge gain.
• Halfharmonische generatie: Het is een specifiek geval van opg of opo. Hierbij degenereren de idler en het signaal in een enkele frequentie.
• Spontane parametrische down-conversie (spdc): SPDC verwijst naar het proces van vacuümfluctuatieversterking dat behoort tot het regime met lage versterking.
• Optische rectificatie (of): OR verwijst naar het proces van het creëren van quasi-statische elektrische velden.
• Interactie van niet-lineaire licht-materie met plasma's en vrije elektronen.
Andere niet-lineaire processen
• Optisch Kerr-effect, die de intensiteitsafhankelijke brekingsindex weergeeft.
Kerr-effect: Het Kerr-effect (soms kwadratisch elektro-optisch effect genoemd) verwijst naar de verandering in de brekingsindex van een medium, beïnvloed door een aangelegd elektrisch veld.
• Cross-phase modulatie (xpm): In XPM kan een bepaalde golflengte van licht de fase van een andere golflengte van licht beïnvloeden vanwege het optische Kerr-effect.
• Viergolfmenging (fwm): FWM is gemaakt op basis van andere niet-lineariteiten.
• Cross-gepolariseerde golfgeneratie (XPW): XPW verwijst naar het effect dat een golf genereert waarvan de polarisatievector orthogonaal is op de ingangsgolf.
• Raman-versterking
• Modulatieve instabiliteit.
• Optische faseconjugatie: Dit verwijst naar de omkering van de voortplantingsrichting en fase van een bepaalde lichtstraal.
• Gestimuleerde Brillouin-verstrooiing: Dit verwijst naar de fotoneninteractie met akoestische fononen.
• Multi-foton absorptie: Dit verwijst naar de overdracht van energie in een enkel elektron door de absorptie van twee of meer fotonen tegelijkertijd.
• Meerdere foto-ionisaties: Dit verwijst naar de uitsluiting van meerdere gebonden elektronen door één foton bijna gelijktijdig.
• Optische chaos: Dit verwijst naar de laserinstabiliteiten die worden waargenomen in verschillende niet-lineaire optische systemen.
Niet-lineaire optische processen:
De processen waarbij het medium een lineaire interactie van licht waarneemt, maar door verschillende andere oorzaken worden beïnvloed:
• Pockels-effect: Hierbij wordt de brekingsindex van het medium beïnvloed door een statisch elektrisch veld. Dit wordt gevonden in elektro-optische modulatoren.
- Raman verstrooit: Hierbij interageren fotonen met optische fononen.
• Akoestisch-optiek: Hierbij wordt de brekingsindex van het medium beïnvloed door akoestische golven (ultrageluid). Dit wordt gebruikt in akoestisch-optische modulatoren.
Moleculaire niet-lineaire optica
De vroege waarnemingen op niet-lineaire optica en mediums concentreerden zich voornamelijk op de anorganische vaste stoffen. Met de tijd dat er meer studies met betrekking tot niet-lineaire optica kwamen, werd het gebied van moleculaire niet-lineaire optica onderzocht.
De vroege benaderingen die werden gebruikt om niet-lineaire eigenschappen of niet-lineariteiten te verbeteren, omvatten de processen van
In de afgelopen jaren zijn er verschillende nieuwe richtingen bedacht voor lichtmanipulatie en verbeterde niet-lineariteit. Sommige van die voorstellen omvatten microscopisch cascadering van niet-lineariteit van de tweede orde, het combineren van rijke toestandsdichtheid met afwisseling van bindingen, draaiende chromoforen, enz. De illustere voordelen van moleculaire niet-lineaire optica hebben ertoe geleid dat het aanzienlijk wordt gebruikt op het gebied van biofotonica, waaronder biosensing, bioimaging, fototherapie, etc.
Moleculaire niet-lineaire optica is gebaseerd op de theorie van het sum-over-states (SOS) -model. De interactie van een enkel geïsoleerd molecuul met straling wordt bestudeerd aan de hand van de eerste orde storingstheorie. De resulterende uitdrukkingen voor de niet-lineaire moleculaire hyperpolariseerbaarheid en lineaire polariseerbaarheid zijn afhankelijk van de eigenschappen van de overgangsmomenten van elektrische dipolen en de moleculaire toestanden voor door licht geïnduceerde overgangen daartussen.
Niet-lineaire optische patroonvorming
Wanneer optische velden worden verzonden via niet-lineaire Kerr-media, kunnen ze een vorm van patroonvorming vertonen. Dit gebeurt als gevolg van de versterking van ruimtelijke en temporele ruis door het niet-lineaire medium. Dit effect wordt optische modulatie-instabiliteit genoemd. Optische modulatie-instabiliteit is waargenomen in beide fotonische roosters, foto-refractieve en foto-reactieve systemen. Reactie geïnduceerde optische niet-lineariteit verhogingen in brekingsindex voor de foto-reactieve systemen.
Optische faseconjugatie
Niet-lineaire optische processen hebben het mogelijk gemaakt om de voortplantingsrichting en fasevariatie van een lichtbundel om te keren. De omgekeerde bundel wordt een geconjugeerde bundel (vandaar de naam optische faseconjugatie) van het origineel genoemd. Deze techniek wordt ook wel golffrontomkering of tijdomkering genoemd. Het instrument dat dergelijke geconjugeerde bundels produceert, staat bekend als een fase-geconjugeerde spiegel (PCM).
Bezoek voor meer informatie over lichtenergie https://techiescience.com/light-energy-light-energy-examples-and-uses/ & https://techiescience.com/a-detailed-overview-on-lensometer-working-uses-parts/
Bezoek voor meer informatie over telescopen https://techiescience.com/newtonian-telescope/ & https://techiescience.com/reflecting-telescope/
Lees ook:
- Hoeksnelheid versus lineaire snelheid, hoeksnelheid en lineaire snelheid
- Is prokaryotisch DNA circulair of lineair
Hallo, ik ben Sanchari Chakraborty. Ik heb de master Elektronica gedaan.
Ik vind het altijd leuk om nieuwe uitvindingen op het gebied van elektronica te ontdekken.
Ik ben een leergierige leerling en investeer momenteel in het vakgebied Toegepaste Optica en Fotonica. Ik ben ook een actief lid van SPIE (International society for optics and photonics) en OSI (Optical Society of India). Mijn artikelen zijn bedoeld om kwalitatief hoogstaand wetenschappelijk onderzoek op een eenvoudige maar informatieve manier aan het licht te brengen. Wetenschap evolueert sinds mensenheugenis. Dus ik probeer mijn steentje bij te dragen aan de evolutie en deze aan de lezers te presenteren.
Laten we doorverbinden