Optika Nonlinear dan Kuantum
Optika nonlinear membahas respons materi terhadap cahaya intens, sedangkan optika kuantum membahas sifat diskrit dan kuantum cahaya; bersama-sama keduanya mengatur fotonika modern.
Definition
Studi gabungan tentang respons optik nonlinear materi terhadap cahaya intens dan sifat terkuantisasi, non-klasik dari medan elektromagnetik serta interaksinya dengan materi.
Scope
Bidang ini menggabungkan dua cabang optika canggih yang saling terkait erat. Optika nonlinear mempelajari bagaimana polarisasi suatu medium merespons secara nonlinear terhadap medan optik yang kuat, menghasilkan efek seperti pembangkitan harmonik, pencampuran frekuensi, dan refraksi yang bergantung pada intensitas yang tidak ada pada intensitas rendah. Optika kuantum mempelajari medan elektromagnetik terkuantisasi, foton, dan keadaan cahaya non-klasik, bersama dengan sifat kuantum interaksi cahaya-materi. Bidang ini mencakup suseptibilitas nonlinear orde kedua dan ketiga serta proses yang dimungkinkannya, perangkat parametrik dan konversi frekuensi, statistik foton dan cahaya terperas (squeezed) dan terjerat (entangled), serta perlakuan kuantum emisi dan absorpsi. Ini menyediakan fisika di balik konversi frekuensi laser, informasi kuantum, dan pengukuran presisi.
Sub-topics
Core questions
- Bagaimana respons optik suatu medium menjadi nonlinear pada intensitas tinggi?
- Bagaimana cahaya pada satu frekuensi dapat menghasilkan cahaya pada frekuensi baru?
- Apa artinya memperlakukan cahaya sebagai foton terkuantisasi?
- Bagaimana keadaan cahaya non-klasik berbeda dari cahaya biasa?
Key concepts
- suseptibilitas nonlinear
- pembangkitan harmonik kedua
- proses parametrik
- pencocokan fasa
- foton
- keadaan koheren dan terperas (squeezed)
- statistik foton
- foton terjerat (entangled)
Key theories
- Suseptibilitas optik nonlinear
- Pada intensitas tinggi, polarisasi terinduksi suatu medium mengandung suku-suku yang sebanding dengan pangkat medan yang lebih tinggi, dengan suseptibilitas orde kedua dan ketiga yang menimbulkan pembangkitan harmonik, pencampuran frekuensi, dan refraksi yang bergantung pada intensitas.
- Kuantisasi medan elektromagnetik
- Memperlakukan setiap mode medan sebagai osilator harmonik kuantum menghasilkan foton dan hierarki keadaan, termasuk keadaan koheren, bilangan, terperas (squeezed), dan terjerat (entangled) yang tidak memiliki padanan klasik.
Clinical relevance
Proses optik nonlinear memungkinkan mikroskopi multifoton dan harmonik kedua yang pencitraan jaringan hidup dengan kontras intrinsik dan penetrasi dalam, serta menyediakan panjang gelombang hijau dan lainnya dari laser bedah dan oftalmik yang dikonversi frekuensinya; metode optik kuantum menjanjikan pencitraan dan penginderaan dengan sensitivitas yang ditingkatkan.
History
Optika nonlinear dimulai pada tahun 1961 ketika Franken dan rekan-rekannya mengamati pembangkitan harmonik kedua segera setelah laser menyediakan cahaya koheren intens, dan Bloembergen mengembangkan kerangka teoritisnya. Secara paralel, eksperimen Hanbury Brown dan Twiss pada tahun 1950-an dan teori kuantum koherensi optik Glauber pada tahun 1963 mendirikan optika kuantum.
Key figures
- Nicolaas Bloembergen
- Peter Franken
- Roy J. Glauber
- Robert Hanbury Brown
Related topics
Seminal works
- boyd2020
- loudon2000
Frequently asked questions
- Mengapa efek nonlinear membutuhkan laser?
- Respons nonlinear tumbuh seiring dengan kekuatan medan dan dapat diabaikan pada intensitas sehari-hari; hanya medan laser yang intens dan koheren yang mendorong suku polarisasi orde tinggi cukup kuat untuk mengamati efek seperti pembangkitan harmonik.
- Apa itu foton dalam optika kuantum?
- Foton adalah kuantum tunggal eksitasi dari suatu mode medan elektromagnetik; optika kuantum menggambarkan cahaya dalam istilah kuanta ini dan keadaan khusus yang dapat dibentuknya, yang tidak dapat ditangkap oleh optika gelombang klasik.