Óptica no lineal y cuántica
La óptica no lineal trata la respuesta de la materia a la luz intensa, mientras que la óptica cuántica trata la naturaleza discreta y cuántica de la luz; juntas rigen la fotónica moderna.
Definition
El estudio combinado de la respuesta óptica no lineal de la materia a la luz intensa y de las propiedades cuantificadas y no clásicas del campo electromagnético y su interacción con la materia.
Scope
Esta área combina dos ramas avanzadas de la óptica estrechamente relacionadas. La óptica no lineal estudia cómo la polarización de un medio responde de forma no lineal a campos ópticos intensos, produciendo efectos como la generación de armónicos, la mezcla de frecuencias y la refracción dependiente de la intensidad, que están ausentes a baja intensidad. La óptica cuántica estudia el campo electromagnético cuantificado, el fotón y los estados no clásicos de la luz, junto con la naturaleza cuántica de la interacción luz-materia. El área abarca las susceptibilidades no lineales de segundo y tercer orden y los procesos que permiten, los dispositivos paramétricos y de conversión de frecuencia, las estadísticas de fotones y la luz comprimida y entrelazada, y el tratamiento cuántico de la emisión y absorción. Proporciona la física detrás de la conversión de frecuencia láser, la información cuántica y la medición de precisión.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo se vuelve no lineal la respuesta óptica de un medio a alta intensidad?
- ¿Cómo puede la luz de una frecuencia generar luz de nuevas frecuencias?
- ¿Qué significa tratar la luz como fotones cuantificados?
- ¿En qué se diferencian los estados no clásicos de la luz de la luz ordinaria?
Key concepts
- susceptibilidad no lineal
- generación de segundo armónico
- procesos paramétricos
- ajuste de fase
- fotón
- estados coherentes y comprimidos
- estadísticas de fotones
- fotones entrelazados
Key theories
- Susceptibilidad óptica no lineal
- A alta intensidad, la polarización inducida de un medio contiene términos proporcionales a potencias superiores del campo, con susceptibilidades de segundo y tercer orden que dan lugar a la generación de armónicos, la mezcla de frecuencias y la refracción dependiente de la intensidad.
- Cuantificación del campo electromagnético
- Tratar cada modo del campo como un oscilador armónico cuántico produce fotones y una jerarquía de estados, incluyendo estados coherentes, de número, comprimidos y entrelazados sin contraparte clásica.
Clinical relevance
Los procesos ópticos no lineales permiten la microscopía multifotónica y de segundo armónico que imagen el tejido vivo con contraste intrínseco y penetración profunda, y proporcionan las longitudes de onda verdes y otras de los láseres quirúrgicos y oftálmicos de frecuencia convertida; los métodos óptico-cuánticos prometen imágenes y detección de sensibilidad mejorada.
History
La óptica no lineal comenzó en 1961 cuando Franken y sus colegas observaron la generación de segundo armónico poco después de que el láser hiciera disponible la luz coherente intensa, y Bloembergen desarrolló su marco teórico. Paralelamente, los experimentos de Hanbury Brown y Twiss de la década de 1950 y la teoría cuántica de la coherencia óptica de Glauber en 1963 fundaron la óptica cuántica.
Key figures
- Nicolaas Bloembergen
- Peter Franken
- Roy J. Glauber
- Robert Hanbury Brown
Related topics
Seminal works
- boyd2020
- loudon2000
Frequently asked questions
- ¿Por qué los efectos no lineales requieren un láser?
- Las respuestas no lineales aumentan con la intensidad del campo y son insignificantes a intensidades cotidianas; solo los campos intensos y coherentes de los láseres impulsan los términos de polarización de orden superior con la fuerza suficiente para observar efectos como la generación de armónicos.
- ¿Qué es un fotón en óptica cuántica?
- Un fotón es un único cuanto de excitación de un modo del campo electromagnético; la óptica cuántica describe la luz en términos de estos cuantos y los estados especiales que pueden formar, que la óptica de ondas clásica no puede capturar.