अरैखिक प्रकाशीय प्रक्रियाएँ

जब प्रकाश तीव्र होता है, तो माध्यम का ध्रुवीकरण क्षेत्र के प्रति अरैखिक रूप से प्रतिक्रिया करता है, जिससे सामान्य रैखिक प्रकाशिकी में अनुपस्थित प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला उत्पन्न होती है।

Definition

प्रकाशीय परिघटनाएँ तब उत्पन्न होती हैं जब किसी माध्यम का ध्रुवीकरण तीव्र प्रकाश के विद्युत क्षेत्र पर अरैखिक रूप से निर्भर करता है, जिसे एक घात-श्रृंखला विस्तार द्वारा वर्णित किया जाता है जिसकी उच्च-क्रम संवेदनशीलताएँ नई आवृत्तियाँ और तीव्रता-निर्भर प्रभाव उत्पन्न करती हैं।

Scope

यह विषय अरैखिक प्रकाशीय प्रभावों की उत्पत्ति और वर्गीकरण को शामिल करता है। इसमें क्षेत्र की घातों में प्रेरित ध्रुवीकरण का विस्तार और द्वितीय- तथा तृतीय-क्रम अरैखिक संवेदनशीलताएँ, समरूपता आवश्यकताएँ जो सम-क्रम प्रभावों की अनुमति देती हैं या उन्हें रोकती हैं, और मुख्य तृतीय-क्रम परिघटनाएँ जैसे प्रकाशीय केर प्रभाव, स्व-कला मॉडुलन, स्व-फोकसिंग, और चार-तरंग मिश्रण शामिल हैं। इसमें उत्तेजित रमन और ब्रिलौइन प्रकीर्णन भी शामिल है। यह अरैखिक संवेदनशीलता का ढाँचा स्थापित करता है जिससे विशिष्ट आवृत्ति-रूपांतरण उपकरण प्राप्त होते हैं।

Core questions

• किसी माध्यम का ध्रुवीकरण क्षेत्र में अरैखिक कैसे हो जाता है?
• सममित माध्यमों में सम-क्रम अरैखिक प्रभाव निषिद्ध क्यों होते हैं?
• मुख्य तृतीय-क्रम अरैखिक परिघटनाएँ क्या हैं?
• तीव्रता-निर्भर अपवर्तन स्व-फोकसिंग की ओर कैसे ले जाता है?

Key concepts

• अरैखिक ध्रुवीकरण
• द्वितीय-क्रम संवेदनशीलता
• तृतीय-क्रम संवेदनशीलता
• प्रकाशीय केर प्रभाव
• स्व-कला मॉडुलन
• स्व-फोकसिंग
• चार-तरंग मिश्रण
• उत्तेजित रमन प्रकीर्णन

Key theories

अरैखिक संवेदनशीलता विस्तार

प्रेरित ध्रुवीकरण को क्षेत्र में एक घात श्रृंखला के रूप में विस्तारित किया जाता है, जिसमें द्वितीय-क्रम संवेदनशीलता तीन-तरंग मिश्रण के लिए जिम्मेदार होती है और तृतीय-क्रम संवेदनशीलता केर प्रभाव और चार-तरंग मिश्रण जैसे प्रभावों के लिए जिम्मेदार होती है; क्रिस्टल समरूपता यह निर्धारित करती है कि कौन से पद बने रहते हैं।

प्रकाशीय केर प्रभाव और स्व-क्रिया

तृतीय-क्रम प्रतिक्रिया अपवर्तक सूचकांक को तीव्रता पर निर्भर करती है, इसलिए एक तीव्र किरण अपने स्वयं के चरण को संशोधित करती है और खुद को केंद्रित कर सकती है, जो स्व-कला मॉडुलन, स्व-फोकसिंग और सॉलिटॉन निर्माण का आधार है।

Clinical relevance

तृतीय-क्रम अरैखिक प्रक्रियाएँ सुसंगत एंटी-स्टोक्स रमन स्कैटरिंग माइक्रोस्कोपी और अन्य लेबल-मुक्त अरैखिक इमेजिंग विधियों का आधार हैं जिनका उपयोग ऊतक में लिपिड और अन्य अणुओं को देखने के लिए किया जाता है, जबकि स्व-कला मॉडुलन ऑप्टिकल कोहेरेंस टोमोग्राफी में उपयोग किए जाने वाले लेजर स्पेक्ट्रा को विस्तृत करता है।

History

अरैखिक प्रकाशीय संवेदनशीलता का व्यवस्थित सिद्धांत 1960 के दशक की शुरुआत में ब्लोमबर्गन और सहकर्मियों द्वारा विकसित किया गया था, जिसके लिए ब्लोमबर्गन ने 1981 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार साझा किया था। बाद के दशकों में तृतीय-क्रम परिघटनाओं और फाइबर तथा क्रिस्टल में उनके उपयोग को विस्तृत किया गया, जिसका सारांश शेन और बॉयड के मानक ग्रंथों में दिया गया है।

Key figures

• Nicolaas Bloembergen
• Yuen-Ron Shen
• Robert W. Boyd

Seminal works

• boyd2020
• shen2003

Frequently asked questions

सामान्य दिन के प्रकाश से अरैखिक प्रभाव क्यों उत्पन्न नहीं होते हैं?

ध्रुवीकरण में अरैखिक पद क्षेत्र की घातों के साथ बढ़ते हैं और सामान्य तीव्रताओं पर अत्यंत छोटे होते हैं; केवल केंद्रित लेजर स्पंदों के केंद्रित क्षेत्र ही इन प्रभावों को सराहनीय बनाने के लिए पर्याप्त मजबूत होते हैं।

स्व-फोकसिंग क्या है?

तीव्रता-निर्भर अपवर्तक सूचकांक के माध्यम से, एक तीव्र किरण सूचकांक को सबसे अधिक बढ़ाती है जहाँ यह सबसे चमकीली होती है, यानी अपने केंद्र में, इसलिए माध्यम एक लेंस की तरह कार्य करता है जो किरण को स्वयं पर केंद्रित करता है, जिससे कभी-कभी फिलामेंटेशन या क्षति हो सकती है।