ພາບລວມຂອງ optics linear ແລະ nonlinear

ພາບລວມຂອງ optics linear ແລະ nonlinear optics

ໂດຍອີງໃສ່ການໂຕ້ຕອບຂອງແສງກັບວັດຖຸ, optics ສາມາດແບ່ງອອກເປັນ linear optics (LO) ແລະ nonlinear optics (NLO). Linear optics (LO) ແມ່ນພື້ນຖານຂອງ optics ຄລາສສິກ, ສຸມໃສ່ການໂຕ້ຕອບເສັ້ນຂອງແສງສະຫວ່າງ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, optics nonlinear (NLO) ເກີດຂື້ນໃນເວລາທີ່ຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງສະຫວ່າງບໍ່ແມ່ນອັດຕາສ່ວນໂດຍກົງກັບການຕອບສະຫນອງ optical ຂອງວັດສະດຸ, ໂດຍສະເພາະພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ມີແສງສະຫວ່າງສູງ, ເຊັ່ນ lasers.

Linear Optics (LO)
ໃນ LO, ແສງມີປະຕິກິລິຍາກັບສານທີ່ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຕໍ່າ, ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວ ຈະມີໜຶ່ງໂຟຕອນຕໍ່ອະຕອມ ຫຼືໂມເລກຸນ. ປະຕິສໍາພັນນີ້ສົ່ງຜົນໃຫ້ມີການບິດເບືອນຕໍາ່ສຸດທີ່ຂອງລັດປະລໍາມະນູຫຼືໂມເລກຸນ, ຍັງຄົງຢູ່ໃນສະພາບທໍາມະຊາດ, ບໍ່ມີການລົບກວນຂອງມັນ. ຫຼັກການພື້ນຖານໃນ LO ແມ່ນວ່າ dipole induced ໂດຍພາກສະຫນາມໄຟຟ້າແມ່ນອັດຕາສ່ວນໂດຍກົງກັບຄວາມເຂັ້ມແຂງພາກສະຫນາມ. ເພາະສະນັ້ນ, LO ພໍໃຈກັບຫຼັກການຂອງ superposition ແລະການເພີ່ມເຕີມ. ຫຼັກການ superposition ບອກວ່າເມື່ອລະບົບຖືກຄື້ນແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າຫຼາຍ, ການຕອບສະຫນອງທັງຫມົດແມ່ນເທົ່າກັບຜົນລວມຂອງການຕອບສະຫນອງຂອງແຕ່ລະຄື້ນ. ການເພີ່ມຄວາມຄ້າຍຄືກັນສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການຕອບສະຫນອງໂດຍລວມຂອງລະບົບ optical ສະລັບສັບຊ້ອນສາມາດຖືກກໍານົດໂດຍການສົມທົບການຕອບສະຫນອງຂອງອົງປະກອບສ່ວນບຸກຄົນຂອງມັນ. Linearity ໃນ LO ຫມາຍຄວາມວ່າພຶດຕິກໍາຂອງແສງສະຫວ່າງແມ່ນຄົງທີ່ຍ້ອນວ່າຄວາມເຂັ້ມຂອງການປ່ຽນແປງ - ຜົນຜະລິດແມ່ນອັດຕາສ່ວນກັບວັດສະດຸປ້ອນ. ນອກຈາກນັ້ນ, ໃນ LO, ບໍ່ມີການປະສົມຄວາມຖີ່, ດັ່ງນັ້ນແສງສະຫວ່າງທີ່ຜ່ານລະບົບດັ່ງກ່າວຍັງຄົງຮັກສາຄວາມຖີ່ຂອງມັນເຖິງແມ່ນວ່າມັນຜ່ານການຂະຫຍາຍຫຼືການດັດແກ້ໄລຍະ. ຕົວຢ່າງຂອງ LO ປະກອບມີປະຕິສໍາພັນຂອງແສງກັບອົງປະກອບ optical ພື້ນຖານເຊັ່ນ: ເລນ, ກະຈົກ, ແຜ່ນຄື້ນ, ແລະ gratings diffraction.

ແວ່ນຕາບໍ່ເປັນເສັ້ນ (NLO)
NLO ຖືກຈໍາແນກໂດຍການຕອບສະຫນອງທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນຕໍ່ແສງສະຫວ່າງທີ່ເຂັ້ມແຂງ, ໂດຍສະເພາະພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນສູງທີ່ຜົນຜະລິດບໍ່ສົມດຸນກັບຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງວັດສະດຸປ້ອນ. ໃນ NLO, ຫຼາຍ photons ພົວພັນກັບວັດສະດຸໃນເວລາດຽວກັນ, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດການປະສົມຂອງແສງສະຫວ່າງແລະການປ່ຽນແປງໃນດັດຊະນີ refractive. ບໍ່ເຫມືອນກັບໃນ LO, ບ່ອນທີ່ພຶດຕິກໍາຂອງແສງຍັງຄົງສອດຄ່ອງໂດຍບໍ່ຄໍານຶງເຖິງຄວາມເຂັ້ມ, ຜົນກະທົບທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນພຽງແຕ່ປາກົດຢູ່ໃນຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງທີ່ສຸດ. ໃນຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນນີ້, ກົດລະບຽບທີ່ປົກກະຕິຄວບຄຸມການໂຕ້ຕອບແສງສະຫວ່າງ, ເຊັ່ນ: ຫຼັກການ superposition, ບໍ່ຖືກນໍາໃຊ້ອີກຕໍ່ໄປ, ແລະແມ້ກະທັ້ງສູນຍາກາດຕົວມັນເອງອາດຈະປະຕິບັດຕົວບໍ່ເປັນເສັ້ນ. ຄວາມບໍ່ເປັນເສັ້ນໃນການໂຕ້ຕອບລະຫວ່າງແສງສະຫວ່າງແລະສານອະນຸຍາດໃຫ້ປະຕິສໍາພັນລະຫວ່າງຄວາມຖີ່ຂອງແສງສະຫວ່າງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ເຮັດໃຫ້ເກີດປະກົດການເຊັ່ນ: ການຜະລິດປະສົມກົມກຽວ, ແລະການຜະລິດຄວາມຖີ່ຂອງການລວມແລະຄວາມແຕກຕ່າງກັນ. ນອກຈາກນັ້ນ, optics nonlinear ປະກອບມີຂະບວນການ parametric ທີ່ພະລັງງານແສງສະຫວ່າງໄດ້ຖືກແຈກຢາຍຄືນໃຫມ່ເພື່ອຜະລິດຄວາມຖີ່ໃຫມ່, ດັ່ງທີ່ເຫັນໃນການຂະຫຍາຍ parametric ແລະ oscillation. ລັກສະນະທີ່ສໍາຄັນອີກອັນຫນຶ່ງແມ່ນການດັດແປງໄລຍະດ້ວຍຕົນເອງ, ເຊິ່ງໄລຍະຂອງຄື້ນແສງສະຫວ່າງແມ່ນມີການປ່ຽນແປງໂດຍຄວາມເຂັ້ມຂອງມັນເອງ - ຜົນກະທົບທີ່ມີບົດບາດສໍາຄັນໃນການສື່ສານທາງ optical.

ປະຕິສໍາພັນຂອງແສງສະຫວ່າງໃນ optics ເສັ້ນແລະ nonlinear
ໃນ LO, ເມື່ອແສງສະຫວ່າງພົວພັນກັບວັດສະດຸ, ການຕອບສະຫນອງຂອງວັດສະດຸແມ່ນອັດຕາສ່ວນໂດຍກົງກັບຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, NLO ກ່ຽວຂ້ອງກັບວັດສະດຸທີ່ຕອບສະຫນອງບໍ່ພຽງແຕ່ຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງສະຫວ່າງ, ແຕ່ຍັງຢູ່ໃນວິທີການທີ່ສັບສົນຫຼາຍ. ເມື່ອແສງທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນສູງເຂົ້າໃສ່ວັດສະດຸທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນ, ມັນສາມາດຜະລິດສີໃຫມ່ຫຼືປ່ຽນແສງສະຫວ່າງໃນທາງທີ່ຜິດປົກກະຕິ. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ແສງສີແດງອາດຈະຖືກປ່ຽນເປັນແສງສີຂຽວເນື່ອງຈາກວ່າການຕອບສະຫນອງຂອງອຸປະກອນການມີສ່ວນຮ່ວມຫຼາຍກ່ວາພຽງແຕ່ການປ່ຽນແປງອັດຕາສ່ວນ - ມັນອາດຈະລວມເຖິງຄວາມຖີ່ສອງເທົ່າຫຼືການໂຕ້ຕອບສະລັບສັບຊ້ອນອື່ນໆ. ພຶດຕິກໍານີ້ນໍາໄປສູ່ຊຸດທີ່ສະລັບສັບຊ້ອນຂອງຜົນກະທົບ optical ບໍ່ເຫັນຢູ່ໃນວັດສະດຸເສັ້ນທໍາມະດາ.

ການ​ນໍາ​ໃຊ້​ເຕັກ​ນິກ​ການ​ສາຍ​ແລະ nonlinear optical​
LO ກວມເອົາລະດັບຄວາມກ້ວາງຂອງເຕັກໂນໂລຊີ optical ທີ່ໃຊ້ກັນຢ່າງກວ້າງຂວາງ, ລວມທັງທັດສະນະ, ກະຈົກ, ແຜ່ນຄື້ນ, ແລະ gratings diffraction. ມັນສະຫນອງກອບງ່າຍດາຍແລະສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ສໍາລັບການເຂົ້າໃຈພຶດຕິກໍາຂອງແສງສະຫວ່າງໃນລະບົບ optical ສ່ວນໃຫຍ່. ອຸປະກອນເຊັ່ນຕົວປ່ຽນໄລຍະແລະຕົວແຍກ beam ມັກຈະຖືກນໍາໃຊ້ໃນ LO, ແລະພາກສະຫນາມໄດ້ພັດທະນາໄປສູ່ຈຸດທີ່ວົງຈອນ LO ໄດ້ຮັບຄວາມໂດດເດັ່ນ. ປະຈຸບັນນີ້ວົງຈອນເຫຼົ່ານີ້ຖືກເຫັນວ່າເປັນເຄື່ອງມືຫຼາຍປະການ, ມີການນໍາໃຊ້ໃນພື້ນທີ່ເຊັ່ນ: microwave ແລະ quantum optical ການປະມວນຜົນສັນຍານແລະສະຖາປັດຕະຍະກໍາຄອມພິວເຕີ bioheuristic ທີ່ພົ້ນເດັ່ນຂື້ນ. NLO ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງໃຫມ່ແລະໄດ້ປ່ຽນແປງຂົງເຂດຕ່າງໆໂດຍຜ່ານຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ຫຼາກຫຼາຍຂອງມັນ. ໃນຂົງເຂດໂທລະຄົມນາຄົມ, ມັນມີບົດບາດສໍາຄັນໃນລະບົບໃຍແກ້ວນໍາແສງ, ຜົນກະທົບຕໍ່ການຈໍາກັດການສົ່ງຂໍ້ມູນຍ້ອນວ່າພະລັງງານເລເຊີເພີ່ມຂຶ້ນ. ເຄື່ອງມືການວິເຄາະໄດ້ຮັບຜົນປະໂຫຍດຈາກ NLO ໂດຍຜ່ານເຕັກນິກກ້ອງຈຸລະທັດຂັ້ນສູງເຊັ່ນ: ກ້ອງຈຸລະທັດ confocal, ເຊິ່ງສະຫນອງຮູບພາບທີ່ມີຄວາມລະອຽດສູງ, ທ້ອງຖິ່ນ. NLO ຍັງເສີມຂະຫຍາຍ lasers ໂດຍການເຮັດໃຫ້ການພັດທະນາຂອງ lasers ໃຫມ່ແລະປັບປຸງຄຸນສົມບັດ optical. ມັນຍັງໄດ້ປັບປຸງເຕັກນິກການຖ່າຍຮູບ optical ສໍາລັບການນໍາໃຊ້ຢາໂດຍການນໍາໃຊ້ວິທີການເຊັ່ນ: ການຜະລິດປະສົມກົມກຽວທີສອງແລະການ fluorescence ສອງໂຟຕອນ. ໃນ biophotonics, NLO ອໍານວຍຄວາມສະດວກໃນຮູບພາບເລິກຂອງເນື້ອເຍື່ອທີ່ມີຄວາມເສຍຫາຍຫນ້ອຍທີ່ສຸດແລະສະຫນອງການຕິດສະຫຼາກທີ່ກົງກັນຂ້າມ biochemical. ພາກສະຫນາມມີເທກໂນໂລຍີ terahertz ກ້າວຫນ້າ, ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະສ້າງ pulses terahertz ໄລຍະເວລາດຽວທີ່ເຂັ້ມຂົ້ນ. ໃນ quantum optics, ຜົນກະທົບ nonlinear ອໍານວຍຄວາມສະດວກໃນການສື່ສານ quantum ໂດຍຜ່ານການກະກຽມຂອງຕົວແປງຄວາມຖີ່ແລະ entangled ທຽບເທົ່າ photon. ນອກຈາກນັ້ນ, ການປະດິດສ້າງຂອງ NLO ໃນການກະແຈກກະຈາຍ Brillouin ຊ່ວຍໃນການປຸງແຕ່ງໄມໂຄເວຟແລະການເຊື່ອມໄລຍະແສງສະຫວ່າງ. ໂດຍລວມແລ້ວ, NLO ຍັງສືບຕໍ່ຊຸກຍູ້ຂອບເຂດຂອງເຕັກໂນໂລຢີແລະການຄົ້ນຄວ້າໃນທົ່ວວິໄນຕ່າງໆ.

optics ເສັ້ນແລະ nonlinear ແລະຜົນສະທ້ອນຂອງເຂົາເຈົ້າສໍາລັບເຕັກໂນໂລຊີກ້າວຫນ້າທາງດ້ານ
Optics ມີບົດບາດສໍາຄັນໃນທັງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກປະຈໍາວັນແລະເຕັກໂນໂລຢີທີ່ກ້າວຫນ້າ. LO ສະຫນອງພື້ນຖານສໍາລັບລະບົບ optical ທົ່ວໄປຈໍານວນຫຼາຍ, ໃນຂະນະທີ່ NLO ຂັບລົດນະວັດກໍາໃນຂົງເຂດເຊັ່ນ: ໂທລະຄົມ, ກ້ອງຈຸລະທັດ, ເຕັກໂນໂລຊີ laser, ແລະ biophotonics. ຄວາມກ້າວຫນ້າທີ່ຜ່ານມາໃນ NLO, ໂດຍສະເພາະຍ້ອນວ່າພວກເຂົາກ່ຽວຂ້ອງກັບວັດສະດຸສອງມິຕິລະດັບ, ໄດ້ຮັບຄວາມສົນໃຈຫຼາຍເນື່ອງຈາກການນໍາໃຊ້ອຸດສາຫະກໍາແລະວິທະຍາສາດທີ່ມີທ່າແຮງ. ນັກວິທະຍາສາດຍັງຂຸດຄົ້ນອຸປະກອນທີ່ທັນສະໄຫມເຊັ່ນ: ຈຸດ quantum ໂດຍການວິເຄາະຕາມລໍາດັບຂອງຄຸນສົມບັດເສັ້ນຊື່ແລະ nonlinear. ໃນຂະນະທີ່ການຄົ້ນຄວ້າກ້າວຫນ້າ, ຄວາມເຂົ້າໃຈລວມຂອງ LO ແລະ NLO ແມ່ນສໍາຄັນຕໍ່ການຊຸກຍູ້ຂອບເຂດຂອງເຕັກໂນໂລຢີແລະການຂະຫຍາຍຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງວິທະຍາສາດ optical.