Сызықтық оптика және сызықты емес оптикаға шолу
Жарықтың затпен әрекеттесуі негізінде оптиканы сызықтық оптика (LO) және сызықты емес оптика (NLO) деп бөлуге болады. Сызықтық оптика (LO) классикалық оптиканың негізі болып табылады, ол жарықтың сызықтық әрекеттесуіне назар аударады. Керісінше, сызықты емес оптика (NLO) жарық қарқындылығы материалдың оптикалық реакциясына тікелей пропорционал болмаған кезде, әсіресе лазерлер сияқты жоғары жарқыраған жағдайларда пайда болады.
Сызықтық оптика (LO)
LO-да жарық затпен төмен қарқындылықта әрекеттеседі, әдетте бір атомға немесе молекулаға бір фотонды тартады. Бұл әрекеттесу атомдық немесе молекулалық күйдің табиғи, бұзылмаған күйінде қалатын минималды бұрмалануына әкеледі. LO-дағы негізгі принцип - электр өрісімен индукцияланған диполь өрістің кернеулігіне тура пропорционалды. Сондықтан LO суперпозиция және аддитивтілік принциптерін қанағаттандырады. Суперпозиция принципі жүйеге бірнеше электромагниттік толқындар әсер еткенде, жалпы жауап әрбір толқынға жеке жауаптардың қосындысына тең болатынын айтады. Аддитивтілік күрделі оптикалық жүйенің жалпы реакциясын оның жеке элементтерінің жауаптарын біріктіру арқылы анықтауға болатынын көрсетеді. LO-дағы сызықтық интенсивтілік өзгерген кезде жарық әрекетінің тұрақты екенін білдіреді - шығыс кіріске пропорционалды. Сонымен қатар, LO-да жиілікті араластыру болмайды, сондықтан мұндай жүйе арқылы өтетін жарық күшейтуге немесе фазалық модификацияға ұшыраса да жиілігін сақтайды. LO мысалдарына жарықтың линзалар, айналар, толқындық тақталар және дифракциялық торлар сияқты негізгі оптикалық элементтермен әрекеттесуі жатады.
Сызықты емес оптика (NLO)
NLO күшті жарыққа сызықты емес реакциясымен ерекшеленеді, әсіресе шығыс кіріс күшіне пропорционалды емес жоғары қарқындылық жағдайында. NLO-да бірнеше фотондар материалмен бір уақытта әрекеттеседі, нәтижесінде жарық араласады және сыну көрсеткіші өзгереді. Жарық әрекеті қарқындылыққа қарамастан тұрақты болып қалатын LO-дан айырмашылығы, сызықтық емес әсерлер тек төтенше жарық қарқындылығында айқын болады. Бұл қарқындылықта суперпозиция принципі сияқты жеңіл әрекеттесулерді әдетте басқаратын ережелер енді қолданылмайды, тіпті вакуумның өзі де сызықты емес әрекет етуі мүмкін. Жарық пен материяның өзара әрекеттесуіндегі сызықтық еместігі әр түрлі жарық жиіліктерінің өзара әрекеттесуіне мүмкіндік береді, нәтижесінде гармоникалық генерация, қосынды және айырмашылық жиілік генерациясы сияқты құбылыстар пайда болады. Сонымен қатар, сызықты емес оптика параметрлік күшейту мен тербеліс кезінде көрінетіндей, жарық энергиясы жаңа жиіліктерді шығару үшін қайта бөлінетін параметрлік процестерді қамтиды. Тағы бір маңызды ерекшелігі - жарық толқынының фазасы өзінің қарқындылығымен өзгеретін өздігінен фазалық модуляция - оптикалық байланыста шешуші рөл атқаратын әсер.
Сызықтық және сызықты емес оптикадағы жарық-материялық әрекеттесу
LO-да жарық материалмен әрекеттескенде, материалдың реакциясы жарықтың қарқындылығына тура пропорционал болады. Керісінше, NLO жарықтың қарқындылығына ғана емес, сонымен қатар күрделірек жолдармен жауап беретін материалдарды қамтиды. Жоғары қарқынды жарық сызықты емес материалға түскенде, ол жаңа түстер шығаруы немесе жарықты әдеттен тыс жолдармен өзгертуі мүмкін. Мысалы, қызыл жарық жасыл жарыққа айналуы мүмкін, себебі материалдың реакциясы пропорционалды өзгерісті ғана емес, жиілікті екі еселеуді немесе басқа күрделі өзара әрекеттесуді қамтуы мүмкін. Бұл мінез-құлық қарапайым сызықтық материалдарда байқалмайтын оптикалық әсерлердің күрделі жиынтығына әкеледі.
Сызықтық және сызықты емес оптикалық әдістерді қолдану
LO кеңінен қолданылатын оптикалық технологиялардың кең ауқымын қамтиды, соның ішінде линзалар, айналар, толқындық тақталар және дифракциялық торлар. Ол көптеген оптикалық жүйелердегі жарықтың әрекетін түсіну үшін қарапайым және есептелетін негізді қамтамасыз етеді. Фазалық ауыстырғыштар мен сәулені бөлгіштер сияқты құрылғылар LO-да жиі пайдаланылады және өріс LO тізбектері танымал болғанға дейін дамыды. Бұл схемалар қазір микротолқынды және кванттық оптикалық сигналдарды өңдеу және жаңа биоэвристикалық есептеу архитектуралары сияқты салаларда қолданбалары бар көп функционалды құралдар ретінде қарастырылады. NLO салыстырмалы түрде жаңа және оның әртүрлі қолданбалары арқылы әртүрлі өрістерді өзгертті. Телекоммуникация саласында ол талшықты-оптикалық жүйелерде негізгі рөл атқарады, лазер қуатының артуымен деректерді беру шектеулеріне әсер етеді. Аналитикалық құралдар NLO-дан жоғары ажыратымдылықты, локализацияланған бейнелеуді қамтамасыз ететін конфокальды микроскопия сияқты озық микроскопиялық әдістер арқылы пайда көреді. NLO сонымен қатар жаңа лазерлерді жасауға және оптикалық қасиеттерді өзгертуге мүмкіндік беру арқылы лазерлерді жақсартады. Ол сонымен қатар екінші гармоникалық генерация және екі фотонды флуоресценция сияқты әдістерді қолдану арқылы фармацевтикалық қолдану үшін оптикалық бейнелеу әдістерін жетілдірді. Биофотоникада NLO ең аз зақымдануы бар тіндердің терең кескінін жеңілдетеді және тегін биохимиялық контрастты таңбалауды қамтамасыз етеді. Кен орны интенсивті бір периодты терагерц импульстарын жасауға мүмкіндік беретін жетілдірілген терагерц технологиясына ие. Кванттық оптикада сызықтық емес әсерлер жиілік түрлендіргіштерін және шатастырылған фотон эквиваленттерін дайындау арқылы кванттық байланысты жеңілдетеді. Сонымен қатар, NLO-ның Brillouin шашырауындағы инновациялары микротолқынды өңдеуге және жарық фазасының конъюгациясына көмектесті. Тұтастай алғанда, NLO әртүрлі пәндер бойынша технология мен зерттеулердің шекараларын ілгерілетуді жалғастыруда.
Сызықтық және сызықты емес оптика және олардың озық технологияларға әсері
Оптика күнделікті қолданбаларда да, озық технологияларда да маңызды рөл атқарады. LO көптеген жалпы оптикалық жүйелер үшін негіз береді, ал NLO телекоммуникациялар, микроскопия, лазерлік технология және биофотоника сияқты салаларда инновацияларды басқарады. NLO-дағы соңғы жетістіктер, әсіресе олар екі өлшемді материалдарға қатысты, әлеуетті өндірістік және ғылыми қолдануларына байланысты көп көңіл бөлді. Ғалымдар сонымен қатар сызықтық және сызықтық емес қасиеттерді дәйекті талдау арқылы кванттық нүктелер сияқты заманауи материалдарды зерттейді. Зерттеулер дамып келе жатқанда, LO және NLO туралы біріккен түсінік технологияның шекараларын ілгерілету және оптика ғылымының мүмкіндіктерін кеңейту үшін өте маңызды.
Жіберу уақыты: 11 қараша 2024 ж