فرایندهای نوری غیرخطی
هنگامی که نور شدید باشد، قطبش یک محیط به صورت غیرخطی به میدان پاسخ میدهد و مجموعهای از فرایندها را ایجاد میکند که در اپتیک خطی معمولی وجود ندارند.
Definition
پدیدههای نوری که زمانی رخ میدهند که قطبش یک محیط به صورت غیرخطی به میدان الکتریکی نور شدید بستگی داشته باشد، که با بسط سری توانی توصیف میشود و حساسیتهای مرتبه بالاتر آن فرکانسهای جدید و اثرات وابسته به شدت را تولید میکنند.
Scope
این موضوع به منشأ و طبقهبندی اثرات نوری غیرخطی میپردازد. این شامل بسط قطبش القایی بر حسب توانهای میدان و حساسیتهای غیرخطی مرتبه دوم و سوم، الزامات تقارنی که اثرات زوجمرتبه را مجاز یا ممنوع میکند، و پدیدههای اصلی مرتبه سوم مانند اثر کر نوری، مدولاسیون خودفازی، خودکانونیسازی، و ترکیب چهار موجی است. همچنین پراکندگی رامان و بریلوئن تحریکشده را پوشش میدهد. این موضوع چارچوب حساسیتهای غیرخطی را که دستگاههای تبدیل فرکانس خاص از آن پیروی میکنند، ایجاد میکند.
Core questions
- چگونه قطبش یک محیط در میدان غیرخطی میشود؟
- چرا اثرات غیرخطی زوجمرتبه در محیطهای متقارن ممنوع هستند؟
- پدیدههای اصلی غیرخطی مرتبه سوم کدامند؟
- چگونه شکست وابسته به شدت منجر به خودکانونیسازی میشود؟
Key concepts
- قطبش غیرخطی
- حساسیت مرتبه دوم
- حساسیت مرتبه سوم
- اثر کر نوری
- مدولاسیون خودفازی
- خودکانونیسازی
- ترکیب چهار موجی
- پراکندگی رامان تحریکشده
Key theories
- بسط حساسیت غیرخطی
- قطبش القایی به صورت یک سری توانی در میدان بسط داده میشود، با حساسیت مرتبه دوم مسئول ترکیب سه موجی و حساسیت مرتبه سوم مسئول اثراتی مانند اثر کر و ترکیب چهار موجی؛ تقارن بلوری تعیین میکند که کدام جملات باقی میمانند.
- اثر کر نوری و خودعملکرد
- پاسخ مرتبه سوم باعث میشود ضریب شکست به شدت بستگی داشته باشد، بنابراین یک پرتو شدید فاز خود را تغییر میدهد و میتواند خود را متمرکز کند، که زیربنای مدولاسیون خودفازی، خودکانونیسازی و تشکیل سالیتون است.
Clinical relevance
فرایندهای غیرخطی مرتبه سوم زیربنای میکروسکوپ پراکندگی رامان ضد استوکس همدوس و سایر روشهای تصویربرداری غیرخطی بدون برچسب هستند که برای تجسم لیپیدها و سایر مولکولها در بافت استفاده میشوند، در حالی که مدولاسیون خودفازی طیفهای لیزر مورد استفاده در توموگرافی همدوسی نوری را گسترش میدهد.
History
نظریه سیستماتیک حساسیتهای نوری غیرخطی توسط بلومبرگن و همکارانش در اوایل دهه 1960 توسعه یافت، که بلومبرگن به خاطر آن جایزه نوبل فیزیک سال 1981 را به اشتراک گذاشت. دهههای بعدی پدیدههای مرتبه سوم و بهرهبرداری از آنها در فیبرها و بلورها را تشریح کردند که در متون استاندارد شن و بوید خلاصه شده است.
Key figures
- Nicolaas Bloembergen
- Yuen-Ron Shen
- Robert W. Boyd
Related topics
Seminal works
- boyd2020
- shen2003
Frequently asked questions
- چرا نور روز معمولی اثرات غیرخطی تولید نمیکند؟
- جملات غیرخطی در قطبش با توانهای میدان مقیاس میشوند و در شدتهای معمولی بسیار کوچک هستند؛ تنها میدانهای متمرکز پالسهای لیزر به اندازه کافی قوی هستند که این اثرات را قابل توجه کنند.
- خودکانونیسازی چیست؟
- از طریق ضریب شکست وابسته به شدت، یک پرتو شدید، ضریب شکست را در جایی که روشنترین است، در مرکز خود، بیشتر افزایش میدهد، بنابراین محیط مانند یک عدسی عمل میکند که پرتو را روی خود متمرکز میکند و گاهی اوقات منجر به رشتهای شدن یا آسیب میشود.