Pangkalahatang -ideya ng mga linear optika at nonlinear optika
Batay sa pakikipag -ugnay ng ilaw sa bagay, ang mga optika ay maaaring nahahati sa linear optika (LO) at nonlinear optika (NLO). Ang mga linear optika (LO) ay ang pundasyon ng klasikal na optika, na nakatuon sa mga linear na pakikipag -ugnayan ng ilaw. Sa kaibahan, ang mga nonlinear optika (NLO) ay nangyayari kapag ang light intensity ay hindi direktang proporsyonal sa optical na tugon ng materyal, lalo na sa ilalim ng mga kondisyon ng high-glare, tulad ng mga laser.
Linear optika (lo)
Sa LO, ang ilaw ay nakikipag -ugnay sa bagay sa mababang intensidad, karaniwang kinasasangkutan ng isang photon bawat atom o molekula. Ang pakikipag -ugnay na ito ay nagreresulta sa kaunting pagbaluktot ng estado ng atomic o molekular, na natitira sa natural, hindi nababagabag na estado. Ang pangunahing prinsipyo sa LO ay ang isang dipole na sapilitan ng isang electric field ay direktang proporsyonal sa lakas ng bukid. Samakatuwid, nasiyahan ang mga prinsipyo ng superposition at additivity. Ang prinsipyo ng superposition ay nagsasaad na kapag ang isang sistema ay sumailalim sa maraming mga electromagnetic waves, ang kabuuang tugon ay katumbas ng kabuuan ng mga indibidwal na tugon sa bawat alon. Ang pagdaragdag ay katulad na nagpapakita na ang pangkalahatang tugon ng isang kumplikadong optical system ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pagsasama ng mga tugon ng mga indibidwal na elemento nito. Ang pagkakasunud -sunod sa LO ay nangangahulugan na ang magaan na pag -uugali ay pare -pareho habang nagbabago ang intensity - ang output ay proporsyonal sa input. Bilang karagdagan, sa LO, walang dalas na paghahalo, kaya ang ilaw na dumadaan sa naturang sistema ay nagpapanatili ng dalas nito kahit na sumailalim ito sa pagpapalakas o pagbabago ng phase. Kasama sa mga halimbawa ng LO ang pakikipag -ugnay ng ilaw na may pangunahing mga optical na elemento tulad ng mga lente, salamin, mga plato ng alon, at mga gratings ng pagkakaiba -iba.
Nonlinear Optics (NLO)
Ang NLO ay nakikilala sa pamamagitan ng nonlinear na tugon sa malakas na ilaw, lalo na sa ilalim ng mataas na mga kondisyon ng intensity kung saan ang output ay hindi proporsyonal sa lakas ng pag -input. Sa NLO, maraming mga photon ang nakikipag -ugnay sa materyal nang sabay, na nagreresulta sa paghahalo ng ilaw at mga pagbabago sa refractive index. Hindi tulad ng sa LO, kung saan ang magaan na pag -uugali ay nananatiling pare -pareho anuman ang intensity, ang mga nonlinear effects ay maliwanag lamang sa matinding ilaw na intensidad. Sa kasidhian na ito, ang mga patakaran na karaniwang namamahala sa magaan na pakikipag -ugnayan, tulad ng prinsipyo ng superposition, hindi na nalalapat, at maging ang vacuum mismo ay maaaring kumilos nang hindi linya. Ang nonlinearity sa pakikipag -ugnayan sa pagitan ng ilaw at bagay ay nagbibigay -daan sa pakikipag -ugnayan sa pagitan ng iba't ibang mga frequency ng ilaw, na nagreresulta sa mga phenomena tulad ng harmonic generation, at kabuuan at pagkakaiba -iba ng henerasyon. Bilang karagdagan, ang mga nonlinear optika ay nagsasama ng mga proseso ng parametric kung saan ang light energy ay muling ipinamamahagi upang makabuo ng mga bagong frequency, tulad ng nakikita sa parametric amplification at oscillation. Ang isa pang mahalagang tampok ay ang self-phase modulation, kung saan ang yugto ng isang light wave ay binago ng sarili nitong intensity-isang epekto na gumaganap ng isang mahalagang papel sa optical na komunikasyon.
Mga pakikipag-ugnay sa light-matter sa linear at nonlinear optika
Sa LO, kapag ang ilaw ay nakikipag -ugnay sa isang materyal, ang tugon ng materyal ay direktang proporsyonal sa intensity ng ilaw. Sa kaibahan, ang NLO ay nagsasangkot ng mga materyales na tumugon hindi lamang sa tindi ng ilaw, kundi pati na rin sa mas kumplikadong paraan. Kapag ang high-intensity light ay tumama sa isang nonlinear material, maaari itong makagawa ng mga bagong kulay o baguhin ang ilaw sa hindi pangkaraniwang paraan. Halimbawa, ang pulang ilaw ay maaaring ma -convert sa berdeng ilaw dahil ang tugon ng materyal ay nagsasangkot ng higit pa sa isang proporsyonal na pagbabago - maaaring isama ang dalas ng pagdodoble o iba pang mga kumplikadong pakikipag -ugnay. Ang pag -uugali na ito ay humahantong sa isang kumplikadong hanay ng mga optical effects na hindi nakikita sa mga ordinaryong linear na materyales.
Mga aplikasyon ng mga linear at nonlinear optical na pamamaraan
Sinasaklaw ng LO ang isang malawak na hanay ng mga malawak na ginagamit na mga optical na teknolohiya, kabilang ang mga lente, salamin, mga plato ng alon, at pagkakaiba -iba ng mga gratings. Nagbibigay ito ng isang simple at computable na balangkas para sa pag -unawa sa pag -uugali ng ilaw sa karamihan ng mga optical system. Ang mga aparato tulad ng mga phase shifter at beam splitters ay madalas na ginagamit sa LO, at ang patlang ay umusbong hanggang sa kung saan ang mga circuit ng LO ay nakakuha ng katanyagan. Ang mga circuit na ito ay nakikita ngayon bilang mga tool na multi-functional, na may mga aplikasyon sa mga lugar tulad ng pagproseso ng microwave at quantum optical signal at umuusbong na mga arkitektura ng computing ng bioheuristic. Ang NLO ay medyo bago at nagbago ng iba't ibang mga larangan sa pamamagitan ng magkakaibang mga aplikasyon. Sa larangan ng telecommunication, gumaganap ito ng isang pangunahing papel sa mga hibla ng optic system, na nakakaapekto sa mga limitasyon ng paghahatid ng data habang tumataas ang lakas ng laser. Ang mga tool na analytical ay nakikinabang mula sa NLO sa pamamagitan ng mga advanced na pamamaraan ng mikroskopya tulad ng confocal microscopy, na nagbibigay ng mataas na resolusyon, naisalokal na imaging. Pinahuhusay din ng NLO ang mga laser sa pamamagitan ng pagpapagana ng pagbuo ng mga bagong laser at pagbabago ng mga optical na katangian. Pinahusay din nito ang mga diskarte sa pag-imaging para sa paggamit ng parmasyutiko sa pamamagitan ng paggamit ng mga pamamaraan tulad ng pangalawang-harmonic generation at two-photon fluorescence. Sa biophotonics, pinadali ng NLO ang malalim na imaging ng mga tisyu na may kaunting pinsala at nagbibigay ng pag -label ng libreng biochemical na kaibahan. Ang patlang ay may advanced na teknolohiya ng Terahertz, na ginagawang posible upang makabuo ng matinding single-period na terahertz pulses. Sa quantum optika, ang mga nonlinear effects ay mapadali ang komunikasyon sa dami sa pamamagitan ng paghahanda ng mga dalas ng mga converter at mga katumbas na photon na katumbas. Bilang karagdagan, ang mga makabagong ideya ng NLO sa pagkalat ng Brillouin ay nakatulong sa pagproseso ng microwave at conjugation ng light phase. Sa pangkalahatan, ang NLO ay patuloy na itulak ang mga hangganan ng teknolohiya at pananaliksik sa iba't ibang mga disiplina.
Linear at nonlinear optika at ang kanilang mga implikasyon para sa mga advanced na teknolohiya
Ang mga optika ay naglalaro ng isang pangunahing papel sa parehong pang -araw -araw na aplikasyon at mga advanced na teknolohiya. Nagbibigay ang LO ng batayan para sa maraming mga karaniwang optical system, habang ang NLO ay nagtutulak ng pagbabago sa mga lugar tulad ng telecommunication, mikroskopya, teknolohiya ng laser, at biophotonics. Ang mga kamakailang pagsulong sa NLO, lalo na kung nauugnay ang mga ito sa dalawang dimensional na materyales, ay nakatanggap ng maraming pansin dahil sa kanilang potensyal na pang-industriya at pang-agham na aplikasyon. Ang mga siyentipiko ay naggalugad din ng mga modernong materyales tulad ng mga tuldok na dami sa pamamagitan ng sunud -sunod na pagsusuri ng mga linear at nonlinear na katangian. Tulad ng pagsulong ng pananaliksik, ang isang pinagsamang pag -unawa sa LO at NLO ay kritikal sa pagtulak sa mga hangganan ng teknolohiya at pagpapalawak ng mga posibilidad ng optical science.
Oras ng Mag-post: Nob-11-2024