Агляд лінейнай і нелінейнай оптыкі

Агляд лінейнай оптыкі і нелінейнай оптыкі

Зыходзячы з узаемадзеяння святла з матэрыі, оптыка можна падзяліць на лінейную оптыку (LO) і нелінейную оптыку (NLO). Лінейная оптыка (LO) - гэта аснова класічнай оптыкі, арыентуючыся на лінейныя ўзаемадзеянні святла. У адрозненне ад гэтага, нелінейная оптыка (NLO) узнікае, калі інтэнсіўнасць святла не прама прапарцыйная аптычнай рэакцыі матэрыялу, асабліва ва ўмовах высокага ўзроўню, напрыклад, лазераў.

Лінейная оптыка (LO)
У LO святло ўзаемадзейнічае з матэрыяй пры нізкай інтэнсіўнасці, звычайна ўключаючы адзін фатон на атам або малекулу. Гэта ўзаемадзеянне прыводзіць да мінімальнага скажэння атамнага або малекулярнага стану, што застаецца ў натуральным, непарушаным стане. Асноўны прынцып у Ло заключаецца ў тым, што дыполь, выкліканы электрычным полем, прама прапарцыйны сіле поля. Такім чынам, LO задавальняе прынцыпы суперпазіцыі і дапаможнасці. У прынцыпе суперпазіцыі гаворыцца, што калі сістэма падвяргаецца некалькіх электрамагнітных хваль, агульная рэакцыя роўная сумы асобных адказаў на кожную хвалю. Аналагічная дадатка паказвае, што агульную рэакцыю складанай аптычнай сістэмы можна вызначыць, спалучаючы адказы сваіх асобных элементаў. Лінейнасць у LO азначае, што паводзіны святла пастаяннае па меры змены інтэнсіўнасці - выхад прапарцыйны ўваходу. Акрамя таго, у Ло не існуе змешвання частот, таму святло, якое праходзіць праз такую ​​сістэму, захоўвае сваю частату, нават калі яна падвяргаецца ўзмацненню або мадыфікацыі фаз. Прыклады LO ўключаюць узаемадзеянне святла з асноўнымі аптычнымі элементамі, такімі як лінзы, люстэркі, хвалевыя пласціны і дыфракцыйныя рашоткі.

Нелінейная оптыка (NLO)
NLO адрозніваецца сваёй нелінейнай рэакцыяй на моцнае святло, асабліва ва ўмовах высокай інтэнсіўнасці, калі выхад непрапарцыйны для сілы ўваходу. У NLO некалькі фатонаў адначасова ўзаемадзейнічаюць з матэрыялам, што прыводзіць да змешвання святла і змены паказчыка праламлення. У адрозненне ад LO, там, дзе святло застаецца паслядоўным, незалежна ад інтэнсіўнасці, нелінейныя эфекты становяцца відавочнымі толькі пры экстрэмальнай інтэнсіўнасці святла. Пры такой інтэнсіўнасці правілы, якія звычайна рэгулююць лёгкія ўзаемадзеянні, такія як прынцып суперпазіцыі, больш не ўжываюцца, і нават сам пыласос можа паводзіць сябе нелінейна. Нелінейнасць ва ўзаемадзеянні паміж святлом і матэрыі дазваляе ўзаемадзейнічаць паміж рознымі асвятляльнымі частотамі, што прыводзіць да такіх з'яў, як гарманічная генерацыя, а таксама выпрацоўка частаты і розніцу. Акрамя таго, нелінейная оптыка ўключае параметрычныя працэсы, у якіх светлавая энергія пераразмяркоўваецца для атрымання новых частот, як гэта відаць пры параметрычнай ампліфікацыі і ваганні. Яшчэ адной важнай асаблівасцю з'яўляецца самафазная мадуляцыя, пры якой фаза лёгкай хвалі змяняецца сваёй інтэнсіўнасцю-эфект, які гуляе вырашальную ролю ў аптычнай камунікацыі.

Лёгкія ўзаемадзеянні ў лінейнай і нелінейнай оптыцы
У Ло, калі святло ўзаемадзейнічае з матэрыялам, рэакцыя матэрыялу прама прапарцыйная інтэнсіўнасці святла. У адрозненне ад гэтага, NLO ўключае матэрыялы, якія рэагуюць не толькі на інтэнсіўнасць святла, але і больш складана. Калі святло з высокай інтэнсіўнасцю трапляе ў нелінейны матэрыял, ён можа вырабляць новыя колеры альбо змяніць святло незвычайнымі спосабамі. Напрыклад, чырвонае святло можа быць пераўтворана ў зялёнае святло, паколькі рэакцыя матэрыялу прадугледжвае больш, чым проста прапарцыйнае змяненне - ён можа ўключаць у сябе падваенне частоты або іншыя складаныя ўзаемадзеянні. Такое паводзіны прыводзіць да складанага набору аптычных эфектаў, якія не назіраюцца ў звычайных лінейных матэрыялах.

Прымяненне лінейных і нелінейных аптычных метадаў
LO ахоплівае шырокі спектр шырока выкарыстаных аптычных тэхналогій, уключаючы лінзы, люстэркі, хвалі і дыфракцыйныя рашоткі. Ён забяспечвае простую і вылічальную аснову для разумення паводзін святла ў большасці аптычных сістэм. Такія прылады, як фазавыя пераключэнні і раздзяляльнікі прамянёў, часта выкарыстоўваюцца ў LO, і поле развівалася да таго, што ланцугі LO набылі вядомасць. Гэтыя схемы цяпер разглядаюцца як шматфункцыянальныя інструменты, з выкарыстаннем у такіх галінах, як мікрахвалевая печ і квантавая аптычная апрацоўка сігналаў і новыя біягерыстычныя вылічальныя архітэктуры. NLO адносна новая і змяніла розныя палёў за кошт сваіх разнастайных прыкладанняў. У галіне тэлекамунікацый ён гуляе ключавую ролю ў валаконна -аптычных сістэмах, уплываючы на ​​абмежаванні перадачы дадзеных па меры павелічэння магутнасці лазера. Аналітычныя інструменты карыстаюцца NLO з дапамогай перадавых метадаў мікраскапіі, такіх як канфакальная мікраскапія, якая забяспечвае лакалізаваную візуалізацыю з высокім дазволам. NLO таксама паляпшае лазеры, забяспечваючы распрацоўку новых лазераў і змяненне аптычных уласцівасцей. Ён таксама палепшыў метады аптычнай візуалізацыі для фармацэўтычнага выкарыстання, выкарыстоўваючы такія метады, як генерацыя другога гарманічнага і двухфатоннага флуарэсцэнцыі. У біяфатаніцы NLO палягчае глыбокую візуалізацыю тканін з мінімальнымі пашкоджаннямі і забяспечвае маркіроўку бясплатнага біяхімічнага кантрасту. Поле мае прасунутую тэхналогію Terahertz, што дазваляе стварыць інтэнсіўныя аднаразовыя імпульсы Terahertz. У квантавай оптыцы нелінейныя эфекты палягчаюць квантавую сувязь праз падрыхтоўку пераўтваральнікаў частот і заблытаных эквівалентаў фатонаў. Акрамя таго, новаўвядзенні NLO ў Brillouin Scattering дапамаглі ў мікрахвалевай печы і кан'югацыі лёгкай фазы. У цэлым NLO працягвае падштурхоўваць межы тэхналогій і даследаванняў у розных дысцыплінах.

Лінейная і нелінейная оптыка і іх наступствы для перадавых тэхналогій
Оптыка адыгрывае ключавую ролю як у паўсядзённых прыкладаннях, так і ў перадавых тэхналогіях. LO дае аснову для многіх распаўсюджаных аптычных сістэм, у той час як NLO рухае інавацыямі ў такіх галінах, як тэлекамунікацыя, мікраскапія, лазерная тэхналогія і біяфатаніка. Апошнія поспехі ў NLO, у прыватнасці, калі яны звязаны з двухмернымі матэрыяламі, прыцягнулі шмат увагі з-за іх патэнцыяльных прамысловых і навуковых прыкладанняў. Навукоўцы таксама вывучаюць сучасныя матэрыялы, такія як квантавыя кропкі, паслядоўны аналіз лінейных і нелінейных уласцівасцей. Па меры прасоўвання даследаванняў, камбінаванае разуменне LO і NLO мае вырашальнае значэнне для прасоўвання межаў тэхналогій і пашырэння магчымасцей аптычнай навукі.