Сызықтық және сызықтық емес оптикаға шолу

Сызықтық және сызықтық емес оптикаға шолу

Жарықтың материямен өзара әрекеттесуіне негізделген оптиканы сызықтық оптика (LO) және сызықтық емес оптика (NLO) деп бөлуге болады. Сызықтық оптика (LO) классикалық оптиканың негізі болып табылады, жарықтың сызықтық өзара әрекеттесуіне бағытталған. Керісінше, сызықтық емес оптика (NLO) жарық қарқындылығы материалдың оптикалық реакциясына тікелей пропорционал болмаған кезде, әсіресе лазерлер сияқты жоғары жарқырау жағдайларында пайда болады.

Сызықтық оптика (LO)
LO-да жарық затпен төмен қарқындылықта әрекеттеседі, әдетте әр атомға немесе молекулаға бір фотон қатысады. Бұл әрекеттесу атомдық немесе молекулалық күйдің минималды бұрмалануына әкеледі, оның табиғи, бұзылмаған күйінде қалады. LO-дағы негізгі принцип - электр өрісі тудырған диполь өріс кернеулігіне тікелей пропорционалды. Сондықтан, LO суперпозиция және аддитивтілік принциптерін қанағаттандырады. Суперпозиция принципі жүйеге бірнеше электромагниттік толқындар әсер еткенде, жалпы жауап әр толқынға жеке жауаптардың қосындысына тең екенін айтады. Аддитивтілік сол сияқты күрделі оптикалық жүйенің жалпы жауабын оның жеке элементтерінің жауаптарын біріктіру арқылы анықтауға болатынын көрсетеді. LO-дағы сызықтық дегеніміз жарықтың қарқындылық өзгерген сайын мінез-құлқы тұрақты болатынын білдіреді - шығыс кіріске пропорционалды. Сонымен қатар, LO-да жиілікті араластыру болмайды, сондықтан мұндай жүйеден өтетін жарық күшейтуге немесе фазалық модификацияға ұшыраса да, жиілігін сақтайды. LO мысалдарына жарықтың линзалар, айна, толқындық пластиналар және дифракциялық торлар сияқты негізгі оптикалық элементтермен әрекеттесуі жатады.

Сызықтық емес оптика (СБО)
NLO күшті жарыққа сызықты емес реакциясымен ерекшеленеді, әсіресе шығыс кіріс күшіне пропорционалды емес жоғары қарқындылық жағдайларында. NLO-да бірнеше фотондар материалмен бір уақытта әрекеттеседі, бұл жарықтың араласуына және сыну көрсеткішінің өзгеруіне әкеледі. Жарықтың мінез-құлқы қарқындылыққа қарамастан тұрақты болып қалатын LO-дан айырмашылығы, сызықты емес әсерлер тек жарықтың экстремалды қарқындылығында ғана көрінеді. Бұл қарқындылықта әдетте жарық өзара әрекеттесуін реттейтін ережелер, мысалы, суперпозиция принципі енді қолданылмайды, тіпті вакуумның өзі де сызықты емес әрекет етуі мүмкін. Жарық пен материя арасындағы өзара әрекеттесудегі сызықты еместік әртүрлі жарық жиіліктері арасындағы өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді, бұл гармоникалық генерация және қосынды және айырым жиілік генерациясы сияқты құбылыстарға әкеледі. Сонымен қатар, сызықты емес оптикаға параметрлік күшейту мен тербелісте көрінетіндей, жарық энергиясы жаңа жиіліктерді алу үшін қайта бөлінетін параметрлік процестер кіреді. Тағы бір маңызды ерекшелігі - өзіндік фазалық модуляция, онда жарық толқынының фазасы өз қарқындылығымен өзгереді - бұл оптикалық байланыста шешуші рөл атқаратын әсер.

Сызықтық және сызықтық емес оптикадағы жарық материясының өзара әрекеттесуі
LO кезінде жарық материалмен әрекеттескенде, материалдың реакциясы жарықтың қарқындылығына тікелей пропорционалды болады. Керісінше, NLO тек жарықтың қарқындылығына ғана емес, сонымен қатар күрделірек жолдармен де жауап беретін материалдарды қамтиды. Жоғары қарқынды жарық сызықты емес материалға түскенде, ол жаңа түстер шығаруы немесе жарықты ерекше жолдармен өзгертуі мүмкін. Мысалы, қызыл жарық жасыл жарыққа айналуы мүмкін, себебі материалдың реакциясы тек пропорционалды өзгерістен де көп нәрсені қамтиды - ол жиіліктің екі еселенуін немесе басқа күрделі өзара әрекеттесуді қамтуы мүмкін. Бұл мінез-құлық қарапайым сызықтық материалдарда көрінбейтін күрделі оптикалық әсерлер жиынтығына әкеледі.

Сызықтық және сызықтық емес оптикалық әдістердің қолданылуы
LO кеңінен қолданылатын оптикалық технологиялардың кең ауқымын, соның ішінде линзаларды, айналарды, толқындық пластиналарды және дифракциялық торларды қамтиды. Ол көптеген оптикалық жүйелердегі жарықтың мінез-құлқын түсіну үшін қарапайым және есептелетін негізді қамтамасыз етеді. Фазалық ауыстырғыштар мен сәулелік бөлгіштер сияқты құрылғылар LO-да жиі қолданылады және бұл сала LO тізбектері танымал болған деңгейге дейін дамыды. Бұл тізбектер қазір микротолқынды және кванттық оптикалық сигналдарды өңдеу және биоэвристикалық есептеу архитектураларының пайда болуы сияқты салаларда қолданылуы бар көп функциялы құралдар ретінде қарастырылады. NLO салыстырмалы түрде жаңа және әртүрлі қолданбалары арқылы әртүрлі салаларды өзгертті. Телекоммуникация саласында ол талшықты-оптикалық жүйелерде маңызды рөл атқарады, лазерлік қуат артқан сайын деректерді беру шектеріне әсер етеді. Аналитикалық құралдар NLO-дан жоғары ажыратымдылықтағы, локализацияланған бейнелеуді қамтамасыз ететін конфокальды микроскопия сияқты озық микроскопия әдістері арқылы пайда көреді. NLO сонымен қатар жаңа лазерлерді әзірлеуге мүмкіндік беру және оптикалық қасиеттерді өзгерту арқылы лазерлерді жақсартады. Сондай-ақ, ол екінші гармоникалы генерация және екі фотонды флуоресценция сияқты әдістерді қолдану арқылы фармацевтикалық мақсатта қолдануға арналған оптикалық бейнелеу әдістерін жақсартты. Биофотоникада NLO тіндерді минималды зақымданумен терең бейнелеуге мүмкіндік береді және таңбалаусыз биохимиялық контрастты қамтамасыз етеді. Бұл салада терагерц технологиясы дамыған, бұл бір периодты терагерц импульстарын қарқынды түрде жасауға мүмкіндік береді. Кванттық оптикада сызықтық емес әсерлер жиілік түрлендіргіштерін және шатасқан фотон эквиваленттерін дайындау арқылы кванттық байланысты жеңілдетеді. Сонымен қатар, NLO-ның Бриллюэн шашырауындағы инновациялары микротолқынды өңдеуге және жарық фазасының конъюгациясына көмектесті. Жалпы алғанда, NLO әртүрлі пәндер бойынша технология мен зерттеулердің шекараларын кеңейтуді жалғастыруда.

Сызықтық және сызықтық емес оптика және олардың озық технологияларға әсері
Оптика күнделікті қолданбаларда да, озық технологияларда да маңызды рөл атқарады. Оптикалық жүйелер көптеген кең таралған оптикалық жүйелердің негізін қалайды, ал ОП телекоммуникация, микроскопия, лазерлік технология және биофотоника сияқты салалардағы инновацияларды алға жылжытады. ОП-дағы соңғы жетістіктер, әсіресе екі өлшемді материалдарға қатысты болғандықтан, олардың өнеркәсіптік және ғылыми қолданылуының әлеуетіне байланысты үлкен назар аударды. Ғалымдар сонымен қатар сызықтық және сызықтық емес қасиеттерді тізбектей талдау арқылы кванттық нүктелер сияқты заманауи материалдарды зерттеп жатыр. Зерттеулер дамыған сайын, ОП және ОП-ны бірлесіп түсіну технология шекараларын кеңейту және оптикалық ғылымның мүмкіндіктерін кеңейту үшін өте маңызды.