Processus Optiques Non Linéaires
Lorsque la lumière est intense, la polarisation d'un milieu répond de manière non linéaire au champ, donnant lieu à une gamme de processus absents en optique linéaire ordinaire.
Definition
Phénomènes optiques survenant lorsque la polarisation d'un milieu dépend de manière non linéaire du champ électrique d'une lumière intense, décrits par un développement en série de puissances dont les susceptibilités d'ordre supérieur génèrent de nouvelles fréquences et des effets dépendants de l'intensité.
Scope
Ce sujet couvre l'origine et la classification des effets optiques non linéaires. Il inclut le développement de la polarisation induite en puissances du champ et les susceptibilités non linéaires d'ordre deux et trois, les exigences de symétrie qui permettent ou interdisent les effets d'ordre pair, et les principaux phénomènes d'ordre trois tels que l'effet Kerr optique, l'auto-modulation de phase, l'auto-focalisation et le mélange à quatre ondes. Il couvre également la diffusion Raman et Brillouin stimulée. Il établit le cadre des susceptibilités non linéaires à partir duquel découlent des dispositifs spécifiques de conversion de fréquence.
Core questions
- Comment la polarisation d'un milieu devient-elle non linéaire dans le champ ?
- Pourquoi les effets non linéaires d'ordre pair sont-ils interdits dans les milieux symétriques ?
- Quels sont les principaux phénomènes non linéaires d'ordre trois ?
- Comment la réfraction dépendante de l'intensité conduit-elle à l'auto-focalisation ?
Key concepts
- polarisation non linéaire
- susceptibilité d'ordre deux
- susceptibilité d'ordre trois
- effet Kerr optique
- auto-modulation de phase
- auto-focalisation
- mélange à quatre ondes
- diffusion Raman stimulée
Key theories
- Développement de la susceptibilité non linéaire
- La polarisation induite est développée en série de puissances du champ, la susceptibilité d'ordre deux étant responsable du mélange à trois ondes et la susceptibilité d'ordre trois des effets tels que l'effet Kerr et le mélange à quatre ondes ; la symétrie cristalline détermine quels termes subsistent.
- Effet Kerr optique et auto-action
- La réponse d'ordre trois rend l'indice de réfraction dépendant de l'intensité, de sorte qu'un faisceau intense modifie sa propre phase et peut s'auto-focaliser, sous-tendant l'auto-modulation de phase, l'auto-focalisation et la formation de solitons.
Clinical relevance
Les processus non linéaires d'ordre trois sous-tendent la microscopie par diffusion Raman anti-Stokes cohérente et d'autres méthodes d'imagerie non linéaire sans marquage utilisées pour visualiser les lipides et d'autres molécules dans les tissus, tandis que l'auto-modulation de phase élargit les spectres laser utilisés en tomographie par cohérence optique.
History
La théorie systématique des susceptibilités optiques non linéaires a été développée par Bloembergen et ses collaborateurs au début des années 1960, ce qui a valu à Bloembergen de partager le prix Nobel de physique en 1981. Les décennies suivantes ont permis d'élaborer les phénomènes d'ordre trois et leur exploitation dans les fibres et les cristaux, résumés dans les ouvrages de référence de Shen et Boyd.
Key figures
- Nicolaas Bloembergen
- Yuen-Ron Shen
- Robert W. Boyd
Related topics
Seminal works
- boyd2020
- shen2003
Frequently asked questions
- Pourquoi la lumière du jour ordinaire ne produit-elle pas d'effets non linéaires ?
- Les termes non linéaires de la polarisation varient avec les puissances du champ et sont généralement extrêmement faibles aux intensités ordinaires ; seuls les champs concentrés des impulsions laser focalisées sont suffisamment intenses pour rendre ces effets appréciables.
- Qu'est-ce que l'auto-focalisation ?
- Par l'intermédiaire de l'indice de réfraction dépendant de l'intensité, un faisceau intense augmente l'indice là où il est le plus lumineux, en son centre, de sorte que le milieu agit comme une lentille qui focalise le faisceau sur lui-même, conduisant parfois à la filamentation ou à des dommages.