Doğrusal Olmayan ve Kuantum Optiği
Doğrusal olmayan optik, maddenin yoğun ışığa verdiği tepkiyi incelerken, kuantum optiği ışığın ayrık, kuantum doğasını ele almaktadır; bu iki alan birlikte modern fotoniği yönetmektedir.
Tanım
Maddenin yoğun ışığa verdiği doğrusal olmayan optik tepkinin ve elektromanyetik alanın kuantize, klasik olmayan özelliklerinin ve maddeyle etkileşiminin birleşik çalışmasıdır.
Kapsam
Bu alan, optiğin birbiriyle yakından ilişkili iki ileri dalını bir araya getirmektedir. Doğrusal olmayan optik, bir ortamın polarizasyonunun güçlü optik alanlara doğrusal olmayan bir şekilde nasıl tepki verdiğini incelemekte; düşük yoğunlukta bulunmayan harmonik üretim, frekans karıştırma ve yoğunluğa bağlı kırılma gibi etkiler üretmektedir. Kuantum optiği ise kuantize elektromanyetik alanı, fotonu ve ışığın klasik olmayan durumlarını, ışık-madde etkileşiminin kuantum doğasıyla birlikte incelemektedir. Bu alan, ikinci ve üçüncü dereceden doğrusal olmayan süseptibiliteleri ve bunların sağladığı süreçleri, parametrik ve frekans dönüştürme cihazlarını, foton istatistiklerini, sıkıştırılmış ve dolaşık ışığı ile emisyon ve absorpsiyonun kuantum tedavisini kapsamaktadır. Lazer frekans dönüşümü, kuantum bilgisi ve hassas ölçümün arkasındaki fiziği sağlamaktadır.
Alt konular
Temel sorular
- Bir ortamın optik tepkisi yüksek yoğunlukta nasıl doğrusal olmayan hale gelmektedir?
- Bir frekanstaki ışık, yeni frekanslarda ışığı nasıl üretebilmektedir?
- Işığı kuantize fotonlar olarak ele almak ne anlama gelmektedir?
- Işığın klasik olmayan durumları, sıradan ışıktan nasıl farklılık göstermektedir?
Anahtar kavramlar
- doğrusal olmayan süseptibilite
- ikinci harmonik üretimi
- parametrik süreçler
- faz eşleşmesi
- foton
- koheren ve sıkıştırılmış durumlar
- foton istatistikleri
- dolaşık fotonlar
Temel kuramlar
- Doğrusal Olmayan Optik Süseptibilite
- Yüksek yoğunlukta, bir ortamın indüklenmiş polarizasyonu, alanın daha yüksek kuvvetleriyle orantılı terimler içermekte olup, ikinci ve üçüncü dereceden süseptibiliteler harmonik üretimi, frekans karıştırma ve yoğunluğa bağlı kırılmaya yol açmaktadır.
- Elektromanyetik Alanın Kuantizasyonu
- Alanın her modunu bir kuantum harmonik osilatör olarak ele almak, fotonları ve klasik karşılığı olmayan koheren, sayı, sıkıştırılmış ve dolaşık durumlar dahil olmak üzere bir durum hiyerarşisini ortaya çıkarmaktadır.
Klinik önem
Doğrusal olmayan optik süreçler, canlı dokuyu doğal kontrast ve derin penetrasyon ile görüntüleyen çok fotonlu ve ikinci harmonik mikroskopiyi mümkün kılmakta, frekans dönüştürülmüş cerrahi ve oftalmik lazerlerin yeşil ve diğer dalga boylarını sağlamaktadır; kuantum-optik yöntemler ise artırılmış hassasiyetli görüntüleme ve algılama vaat etmektedir.
Tarihçe
Doğrusal olmayan optik, 1961 yılında lazerin yoğun uyumlu ışığı kullanılabilir hale getirmesinden kısa bir süre sonra Franken ve meslektaşlarının ikinci harmonik üretimi gözlemlemesiyle başlamış ve Bloembergen teorik çerçevesini geliştirmiştir. Buna paralel olarak, 1950'lerdeki Hanbury Brown ve Twiss deneyleri ile Glauber'in 1963'teki optik koherensin kuantum teorisi, kuantum optiğinin temelini atmıştır.
Öne çıkan isimler
- Nicolaas Bloembergen
- Peter Franken
- Roy J. Glauber
- Robert Hanbury Brown
İlgili konular
Temel eserler
- boyd2020
- loudon2000
Sıkça sorulan sorular
- Doğrusal olmayan etkiler neden lazer gerektirmektedir?
- Doğrusal olmayan tepkiler alan şiddetiyle birlikte artmakta ve günlük yoğunluklarda ihmal edilebilir düzeyde kalmaktadır; yalnızca lazerlerin yoğun, koheren alanları, harmonik üretim gibi etkileri gözlemlemek için yeterince güçlü yüksek dereceli polarizasyon terimlerini harekete geçirmektedir.
- Kuantum optiğinde foton nedir?
- Foton, elektromanyetik alanın bir modunun tek bir uyarım kuantumu olup; kuantum optiği, ışığı bu kuantumlar ve klasik dalga optiğinin yakalayamadığı özel durumlar açısından tanımlamaktadır.