Нелинейная оптика
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Нелинейная оптика (nonlinear optics, NLO) — раздел оптики, в котором исследуется совокупность оптических явлений, наблюдающихся при взаимодействии световых полей с веществом, у которого имеется нелинейная реакция вектора поляризации 
на вектор напряженности электрического поля 
световой волны. В большинстве веществ данная нелинейность наблюдается лишь при очень высоких интенсивностях света, достигаемых при помощи лазеров.
Появление нелинейной оптики связано с разработкой лазеров, которые могут генерировать свет с большой напряженностью электрического поля, соизмеримой с напряженностью микроскопического поля в атомах.
К нелинейной оптике относят целый ряд физических явлений:
Содержание |
[править] Многофотонные процессы (процессы с изменением частот)
- Генерация второй гармоники, или удвоение частоты света, являющееся генерацией света с удвоенной частотой и уменьшенной вдвое длиной волны;
- Сложение частот света — генерация света с частотой, равной сумме частот двух других световых волн. Удвоение частоты является частным случаем данного явления;
- Генерация третьей гармоники — генерация света с утроенной частотой. Обычно является комбинацией двух предыдущих явлений: сначала происходит удвоение частоты, а затем сложение частот исходной волны и волны с удвоенной частотой;
- Генерация световой волны с частотой, равной разности частот двух других волн;
- Параметрическое усиление света — усиление входного (сигнального) светового пучка в присутствии более высокочастотной волны накачки, с одновременным образованием холостой волны;
- Параметрическая осцилляция — генерация сигнальной и холостой волны с использованием параметрического усилителя в резонаторе (без входного пучка);
- Параметрическая генерация света — подобна параметрической осцилляции, однако резонатор отсутствует. Вместо него используется сильное усиление света;
- Спонтанное параметрическое уменьшение частоты света — уменьшение частоты света при его прохождении через нелинейный оптический кристалл;
- Электрооптическая поляризация (оптическое выпрямление) — процесс генерации постоянного электрического поля при прохождении света через вещество;
- Четырехволновое взаимодействие.
[править] Другие нелинейные явления
- Оптический эффект Керра, являющийся зависимостью показателя преломления от интенсивности света;
- Самофокусировка, Самодефокусировка;
- Синхронизация мод, основанная на эффекте Керра (KLM).
- Частотная самомодуляция света сверхкоротких световых импульсов;
- Оптические солитоны;
- Межфазовая модуляция;
- Четырехволновое взаимодействие;
- Генерация ортогонально поляризованной волны — эффект возникновения волны с поляризацией, перпендикулярной к вектору поляризации исходной волны;
- Усиление Рамана;
- Оптическое объединение фазы.
- Рассеяние Мандельштама — Бриллюэна, являющееся взаимодействием оптических фотонов с акустическими фононами;
- Двухфотонное поглощение — одновременное поглощение двух фотонов, передающих свою суммарную энергию одному электрону;
- Множественная фотоионизация, квазиодновременный процесс выбивания множества связанных электронов одним фотоном;
- Хаос в оптических системах
[править] Связанные процессы
В таких процессах, среда обладает линейным откликом на воздействие света, однако на свойства вещества оказывают влияние другие факторы. Примерами являются:
- Электрооптический эффект Поккельса, в котором показатель преломления зависит от напряженности приложенного электрического поля. Используется в электрооптических модуляторах;
- Акустооптика. Показатель преломления в акустооптических системах меняется под действием распространяющихся в среде ультра- и гиперзвуковых акустических волн. Эффект находит применение в акустооптических модуляторах;
- Рассеяние Рамана, являющееся взаимодействием фотонов с оптическими фононами;
- Магнитооптический эффект Фарадея;
- Эффект Коттона-Мутона;
- Электрогирация.
[править] Процессы с изменением частоты
Одним из наиболее часто используемых процессов с изменением частот является генерация второй гармоники. Это явление позволяет преобразовать выходное излучение лазера Nd:YAG лазера (1064 нм) или лазера на сапфире, легированного титаном (800 нм) в видимое, с длинами волн 532 нм (зеленое) или 400 нм (фиолетовое), соответственно.
На практике для реализации удвоения частоты света в выходной пучок лазерного излучения устанавливают нелинейный оптический кристалл, ориентированный строго определённым образом. Обычно используют кристаллы β-бората бария (BBO), KH2PO4 (KDP), KTiOPO4 (KTP) и ниобат лития LiNbO3. Эти кристаллы имеют необходимые свойства, удовлетворяющие условию синхронизма (см. ниже), имеют особую кристаллическую симметрию, а также являются прозрачными в данной области спектра и устойчивы к лазерному излучению высокой интенсивности. Однако, существуют органические полимерные материалы, которые, возможно, в будущем смогут вытеснить часть кристаллов, если будут более дешевы в изготовлении, более надежны или будут требовать более низких напряженностей полей для возникновения нелинейных эффектов.
[править] Теория
Большое количество явлений нелинейной оптики могут быть описаны как процессы со смешением частот. Если наведенные дипольные моменты в веществе немедленно отслеживают все изменения приложенного электрического поля, то диэлектрическая поляризация (дипольный момент на единицу объема) P(t) в момент времени t в среде может быть записан в виде ряда по степеням E:
Here, the coefficients χ(n) are the n-th order susceptibilities of the medium. For any three-wave mixing process, the second-order term is crucial; it is only nonzero in media that have no inversion symmetry. Ну и вот...
 |
Это незавершённая статья по физике. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
 |
Для улучшения этой статьи желательно?:
|
