Gambaran keseluruhan optik linear dan tidak linear

Gambaran keseluruhan optik linear dan optik tak linear

Berdasarkan interaksi cahaya dengan bahan, optik boleh dibahagikan kepada optik linear (LO) dan optik tak linear (NLO). Optik linear (LO) adalah asas optik klasik, yang memberi tumpuan kepada interaksi cahaya linear. Sebaliknya, optik tak linear (NLO) berlaku apabila intensiti cahaya tidak berkadar secara langsung dengan tindak balas optik bahan, terutama di bawah keadaan silau tinggi, seperti laser.

Optik Linear (LO)
Dalam LO, cahaya berinteraksi dengan bahan pada intensiti yang rendah, biasanya melibatkan satu foton per atom atau molekul. Interaksi ini menghasilkan herotan minimum keadaan atom atau molekul, yang tinggal dalam keadaan semulajadi, tidak terganggu. Prinsip asas di LO adalah bahawa dipole yang disebabkan oleh medan elektrik adalah berkadar terus dengan kekuatan medan. Oleh itu, Lo memenuhi prinsip -prinsip superposisi dan aditif. Prinsip superposisi menyatakan bahawa apabila sistem tertakluk kepada pelbagai gelombang elektromagnet, jumlah tindak balas adalah sama dengan jumlah respons individu kepada setiap gelombang. Additivity juga menunjukkan bahawa tindak balas keseluruhan sistem optik kompleks dapat ditentukan dengan menggabungkan respons elemen individu. Linearity dalam LO bermakna tingkah laku cahaya adalah malar apabila perubahan intensiti - output adalah berkadar dengan input. Di samping itu, di LO, tiada pencampuran kekerapan, jadi cahaya melalui sistem sedemikian mengekalkan kekerapannya walaupun ia mengalami penguatan atau pengubahsuaian fasa. Contoh LO termasuk interaksi cahaya dengan unsur -unsur optik asas seperti kanta, cermin, plat gelombang, dan gratings difraksi.

Optik tak linear (NLO)
NLO dibezakan dengan tindak balas tak linearnya kepada cahaya yang kuat, terutamanya di bawah keadaan intensiti yang tinggi di mana output tidak seimbang dengan kekuatan input. Di NLO, pelbagai foton berinteraksi dengan bahan pada masa yang sama, mengakibatkan pencampuran cahaya dan perubahan dalam indeks biasan. Tidak seperti di LO, di mana tingkah laku cahaya tetap konsisten tanpa mengira intensiti, kesan tak linear hanya menjadi jelas pada intensiti cahaya yang melampau. Pada intensiti ini, peraturan yang biasanya mengawal interaksi cahaya, seperti prinsip superposisi, tidak lagi berlaku, dan bahkan vakum itu sendiri mungkin berkelakuan tidak linear. Ketidakhadiran dalam interaksi antara cahaya dan bahan membolehkan interaksi antara frekuensi cahaya yang berbeza, mengakibatkan fenomena seperti penjanaan harmonik, dan jumlah dan penjanaan frekuensi perbezaan. Di samping itu, optik tak linear termasuk proses parametrik di mana tenaga cahaya diagihkan untuk menghasilkan frekuensi baru, seperti yang dilihat dalam penguatan dan ayunan parametrik. Satu lagi ciri penting ialah modulasi fasa diri, di mana fasa gelombang cahaya diubah dengan intensiti sendiri-kesan yang memainkan peranan penting dalam komunikasi optik.

Interaksi cahaya dalam optik linear dan tidak linear
Di LO, apabila cahaya berinteraksi dengan bahan, tindak balas bahan adalah berkadar terus dengan intensiti cahaya. Sebaliknya, NLO melibatkan bahan -bahan yang bertindak balas bukan sahaja kepada intensiti cahaya, tetapi juga dengan cara yang lebih kompleks. Apabila cahaya intensiti tinggi mencecah bahan tak linear, ia dapat menghasilkan warna baru atau mengubah cahaya dengan cara yang luar biasa. Sebagai contoh, lampu merah boleh ditukar kepada cahaya hijau kerana tindak balas bahan melibatkan lebih daripada sekadar perubahan berkadar - ia mungkin termasuk kekerapan dua kali ganda atau interaksi kompleks lain. Tingkah laku ini membawa kepada satu set kesan optik yang kompleks yang tidak dilihat dalam bahan linear biasa.

Aplikasi teknik optik linear dan tak linear
LO merangkumi pelbagai teknologi optik yang digunakan secara meluas, termasuk kanta, cermin, plat gelombang, dan gratings difraksi. Ia menyediakan rangka kerja yang mudah dan boleh dihitung untuk memahami tingkah laku cahaya dalam kebanyakan sistem optik. Peranti seperti peralihan fasa dan splitter rasuk sering digunakan di LO, dan medan telah berkembang ke titik di mana litar LO telah menjadi terkenal. Litar ini kini dilihat sebagai alat pelbagai fungsi, dengan aplikasi dalam bidang seperti microwave dan pemprosesan isyarat optik kuantum dan arsitektur pengkomputeran bioheuristik yang muncul. NLO agak baru dan telah mengubah pelbagai bidang melalui aplikasi yang pelbagai. Dalam bidang telekomunikasi, ia memainkan peranan penting dalam sistem gentian optik, yang mempengaruhi had penghantaran data apabila peningkatan kuasa laser. Alat analisis mendapat manfaat daripada NLO melalui teknik mikroskopi lanjutan seperti mikroskopi confocal, yang menyediakan resolusi tinggi, pengimejan setempat. NLO juga meningkatkan laser dengan membolehkan pembangunan laser baru dan mengubahsuai sifat optik. Ia juga telah meningkatkan teknik pengimejan optik untuk kegunaan farmaseutikal dengan menggunakan kaedah seperti generasi harmonik kedua dan pendarfluor dua foton. Dalam biophotonics, NLO memudahkan pengimejan tisu yang mendalam dengan kerosakan yang minimum dan menyediakan pelabelan kontras biokimia percuma. Bidang ini telah maju teknologi terahertz, menjadikannya mungkin untuk menghasilkan pulsa terahertz tunggal yang sengit. Dalam optik kuantum, kesan tak linear memudahkan komunikasi kuantum melalui penyediaan penukar frekuensi dan setara foton yang terikat. Di samping itu, inovasi NLO dalam penyebaran Brillouin membantu dengan pemprosesan gelombang mikro dan konjugasi fasa cahaya. Secara keseluruhannya, NLO terus mendorong sempadan teknologi dan penyelidikan merentasi pelbagai disiplin.

Optik linear dan tak linear dan implikasinya untuk teknologi canggih
Optik memainkan peranan utama dalam kedua -dua aplikasi sehari -hari dan teknologi canggih. LO menyediakan asas untuk banyak sistem optik biasa, manakala NLO memacu inovasi dalam bidang seperti telekomunikasi, mikroskopi, teknologi laser, dan biophotonics. Kemajuan terkini di NLO, terutamanya kerana ia berkaitan dengan bahan dua dimensi, telah mendapat banyak perhatian kerana aplikasi industri dan saintifik yang berpotensi. Para saintis juga meneroka bahan -bahan moden seperti titik kuantum dengan analisis berurutan sifat linear dan bukan linear. Sebagai kemajuan penyelidikan, pemahaman gabungan LO dan NLO adalah penting untuk mendorong sempadan teknologi dan memperluaskan kemungkinan sains optik.