Procesos Ópticos No Lineales
Cuando la luz es intensa, la polarización de un medio responde de forma no lineal al campo, dando lugar a una serie de procesos ausentes en la óptica lineal ordinaria.
Definition
Fenómenos ópticos que surgen cuando la polarización de un medio depende de forma no lineal del campo eléctrico de la luz intensa, descritos por una expansión en serie de potencias cuyas susceptibilidades de orden superior generan nuevas frecuencias y efectos dependientes de la intensidad.
Scope
Este tema abarca el origen y la clasificación de los efectos ópticos no lineales. Incluye la expansión de la polarización inducida en potencias del campo y las susceptibilidades no lineales de segundo y tercer orden, los requisitos de simetría que permiten o prohíben los efectos de orden par, y los principales fenómenos de tercer orden como el efecto Kerr óptico, la automodulación de fase, el autoenfoque y la mezcla de cuatro ondas. También cubre la dispersión Raman y Brillouin estimulada. Establece el marco de las susceptibilidades no lineales a partir del cual se derivan dispositivos específicos de conversión de frecuencia.
Core questions
- ¿Cómo se vuelve no lineal la polarización de un medio en el campo?
- ¿Por qué los efectos no lineales de orden par están prohibidos en medios simétricos?
- ¿Cuáles son los principales fenómenos no lineales de tercer orden?
- ¿Cómo conduce la refracción dependiente de la intensidad al autoenfoque?
Key concepts
- polarización no lineal
- susceptibilidad de segundo orden
- susceptibilidad de tercer orden
- efecto Kerr óptico
- automodulación de fase
- autoenfoque
- mezcla de cuatro ondas
- dispersión Raman estimulada
Key theories
- Expansión de la susceptibilidad no lineal
- La polarización inducida se expande como una serie de potencias en el campo, con la susceptibilidad de segundo orden responsable de la mezcla de tres ondas y la susceptibilidad de tercer orden para efectos como el efecto Kerr y la mezcla de cuatro ondas; la simetría cristalina determina qué términos sobreviven.
- Efecto Kerr óptico y autoacción
- La respuesta de tercer orden hace que el índice de refracción dependa de la intensidad, por lo que un haz intenso modifica su propia fase y puede autoenfocarse, lo que subyace a la automodulación de fase, el autoenfoque y la formación de solitones.
Clinical relevance
Los procesos no lineales de tercer orden subyacen a la microscopía de dispersión Raman anti-Stokes coherente y a otros métodos de imagen no lineal sin marcadores utilizados para visualizar lípidos y otras moléculas en los tejidos, mientras que la automodulación de fase amplía los espectros láser utilizados en la tomografía de coherencia óptica.
History
La teoría sistemática de las susceptibilidades ópticas no lineales fue desarrollada por Bloembergen y sus colaboradores a principios de la década de 1960, por lo que Bloembergen compartió el Premio Nobel de Física de 1981. Las décadas posteriores elaboraron los fenómenos de tercer orden y su explotación en fibras y cristales, resumidos en textos estándar de Shen y Boyd.
Key figures
- Nicolaas Bloembergen
- Yuen-Ron Shen
- Robert W. Boyd
Related topics
Seminal works
- boyd2020
- shen2003
Frequently asked questions
- ¿Por qué la luz diurna ordinaria no produce efectos no lineales?
- Los términos no lineales en la polarización escalan con potencias del campo y son extremadamente pequeños a intensidades ordinarias; solo los campos concentrados de pulsos láser enfocados son lo suficientemente fuertes como para hacer que estos efectos sean apreciables.
- ¿Qué es el autoenfoque?
- A través del índice de refracción dependiente de la intensidad, un haz intenso eleva el índice más donde es más brillante, en su centro, por lo que el medio actúa como una lente que enfoca el haz sobre sí mismo, lo que a veces conduce a la filamentación o al daño.