Գծային և ոչ գծային օպտիկայի ակնարկ

Գծային օպտիկայի և ոչ գծային օպտիկայի ակնարկ

Ելնելով լույսի և նյութի փոխազդեցությունից՝ օպտիկան կարելի է բաժանել գծային օպտիկայի (LO) և ոչ գծային օպտիկայի (NLO): Գծային օպտիկա (LO) դասական օպտիկայի հիմքն է՝ կենտրոնանալով լույսի գծային փոխազդեցությունների վրա։ Ի հակադրություն, ոչ գծային օպտիկա (NLO) տեղի է ունենում, երբ լույսի ինտենսիվությունը ուղիղ համեմատական ​​չէ նյութի օպտիկական արձագանքին, հատկապես բարձր փայլի պայմաններում, ինչպիսիք են լազերները:

Գծային օպտիկա (LO)
LO-ում լույսը փոքր ինտենսիվությամբ փոխազդում է նյութի հետ՝ սովորաբար մեկ ատոմի կամ մոլեկուլի համար ներգրավելով մեկ ֆոտոն։ Այս փոխազդեցությունը հանգեցնում է ատոմային կամ մոլեկուլային վիճակի նվազագույն աղավաղման՝ մնալով իր բնական, չխախտված վիճակում: LO-ի հիմնական սկզբունքն այն է, որ էլեկտրական դաշտի կողմից առաջացած դիպոլը ուղիղ համեմատական ​​է դաշտի ուժգնությանը: Հետևաբար, LO-ն բավարարում է սուպերպոզիցիայի և հավելյալության սկզբունքները։ Սուպերպոզիցիայի սկզբունքը սահմանում է, որ երբ համակարգը ենթարկվում է բազմաթիվ էլեկտրամագնիսական ալիքների, ընդհանուր արձագանքը հավասար է յուրաքանչյուր ալիքի առանձին արձագանքների գումարին: Հավելվածությունը նույնպես ցույց է տալիս, որ բարդ օպտիկական համակարգի ընդհանուր արձագանքը կարող է որոշվել՝ համատեղելով նրա առանձին տարրերի պատասխանները: Գծայինությունը LO-ում նշանակում է, որ լույսի վարքագիծը հաստատուն է, քանի որ ինտենսիվությունը փոխվում է. ելքը համաչափ է մուտքագրմանը: Բացի այդ, LO-ում հաճախականության խառնում չկա, ուստի նման համակարգով անցնող լույսը պահպանում է իր հաճախականությունը, նույնիսկ եթե այն ենթարկվում է ուժեղացման կամ փուլային փոփոխության։ LO-ի օրինակները ներառում են լույսի փոխազդեցությունը հիմնական օպտիկական տարրերի հետ, ինչպիսիք են ոսպնյակները, հայելիները, ալիքային թիթեղները և դիֆրակցիոն ցանցերը:

Ոչ գծային օպտիկա (NLO)
NLO-ն առանձնանում է ուժեղ լույսի նկատմամբ ոչ գծային արձագանքով, հատկապես բարձր ինտենսիվության պայմաններում, որտեղ ելքը անհամաչափ է մուտքային ուժին: NLO-ում բազմաթիվ ֆոտոններ միաժամանակ փոխազդում են նյութի հետ, ինչի արդյունքում լույսը խառնվում է և փոխվում է բեկման ինդեքսը: Ի տարբերություն LO-ի, որտեղ լույսի պահվածքը մնում է հետևողական՝ անկախ ինտենսիվությունից, ոչ գծային էֆեկտներն ակնհայտ են դառնում միայն ծայրահեղ լույսի ինտենսիվության դեպքում: Այս ինտենսիվության դեպքում կանոնները, որոնք սովորաբար կարգավորում են լույսի փոխազդեցությունները, ինչպիսին է սուպերպոզիցիայի սկզբունքը, այլևս չեն կիրառվում, և նույնիսկ վակուումն ինքնին կարող է ոչ գծային վարքագիծ դրսևորել: Լույսի և նյութի փոխազդեցության ոչ գծայինությունը թույլ է տալիս փոխազդել լույսի տարբեր հաճախականությունների միջև, ինչը հանգեցնում է այնպիսի երևույթների, ինչպիսիք են ներդաշնակության առաջացումը և գումարի և տարբերության հաճախականությունների առաջացումը: Բացի այդ, ոչ գծային օպտիկան ներառում է պարամետրային գործընթացներ, որոնցում լույսի էներգիան վերաբաշխվում է նոր հաճախականություններ արտադրելու համար, ինչպես երևում է պարամետրային ուժեղացման և տատանումների ժամանակ: Մեկ այլ կարևոր առանձնահատկություն է ինքնափուլային մոդուլյացիան, որի դեպքում լույսի ալիքի փուլը փոխվում է իր ինտենսիվությամբ, մի էֆեկտ, որը վճռորոշ դեր է խաղում օպտիկական հաղորդակցության մեջ:

Լույսի նյութի փոխազդեցությունները գծային և ոչ գծային օպտիկայի մեջ
LO-ում, երբ լույսը փոխազդում է նյութի հետ, նյութի արձագանքը ուղիղ համեմատական ​​է լույսի ինտենսիվությանը։ Ի հակադրություն, NLO-ն ներառում է նյութեր, որոնք արձագանքում են ոչ միայն լույսի ինտենսիվությանը, այլև ավելի բարդ ձևերով: Երբ բարձր ինտենսիվության լույսը հարվածում է ոչ գծային նյութին, այն կարող է նոր գույներ առաջացնել կամ փոխել լույսը անսովոր ձևերով: Օրինակ, կարմիր լույսը կարող է վերածվել կանաչ լույսի, քանի որ նյութի արձագանքը ներառում է ավելին, քան պարզապես համամասնական փոփոխություն. այն կարող է ներառել հաճախականության կրկնապատկում կամ այլ բարդ փոխազդեցություններ: Այս վարքագիծը հանգեցնում է օպտիկական էֆեկտների բարդ շարքի, որոնք չեն երևում սովորական գծային նյութերում:

Գծային և ոչ գծային օպտիկական տեխնիկայի կիրառություններ
LO-ն ընդգրկում է լայնորեն օգտագործվող օպտիկական տեխնոլոգիաների լայն շրջանակ, ներառյալ ոսպնյակներ, հայելիներ, ալիքային թիթեղներ և դիֆրակցիոն ցանցեր: Այն ապահովում է պարզ և հաշվարկելի շրջանակ՝ օպտիկական համակարգերի մեծ մասում լույսի վարքագիծը հասկանալու համար: LO-ում հաճախ օգտագործվում են այնպիսի սարքեր, ինչպիսիք են փուլային փոխարկիչները և ճառագայթների բաժանարարները, և դաշտը զարգացել է այն աստիճան, որտեղ LO սխեմաները մեծ նշանակություն են ձեռք բերել: Այս սխեմաներն այժմ դիտվում են որպես բազմաֆունկցիոնալ գործիքներ՝ կիրառություններով այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են միկրոալիքային և քվանտային օպտիկական ազդանշանների մշակումը և առաջացող բիոհևրիստական ​​հաշվողական ճարտարապետությունները: NLO-ն համեմատաբար նոր է և իր բազմազան կիրառությունների շնորհիվ փոխել է տարբեր ոլորտներ: Հեռահաղորդակցության ոլորտում այն ​​առանցքային դեր է խաղում օպտիկամանրաթելային համակարգերում՝ ազդելով տվյալների փոխանցման սահմանների վրա, քանի որ լազերային հզորությունը մեծանում է: Վերլուծական գործիքները օգուտ են քաղում NLO-ից առաջադեմ միկրոսկոպիայի տեխնիկայի միջոցով, ինչպիսին է կոնֆոկալ մանրադիտակը, որն ապահովում է բարձր լուծաչափով, տեղայնացված պատկերներ: NLO-ն նաև ուժեղացնում է լազերները՝ հնարավորություն տալով մշակել նոր լազերներ և փոփոխելով օպտիկական հատկությունները: Այն նաև կատարելագործել է դեղագործական օգտագործման օպտիկական պատկերման տեխնիկան՝ օգտագործելով այնպիսի մեթոդներ, ինչպիսիք են երկրորդ ներդաշնակության սերունդը և երկու ֆոտոնային ֆլուորեսցենտը: Բիոֆոտոնիկայի մեջ NLO-ն հեշտացնում է հյուսվածքների խորը պատկերումը նվազագույն վնասով և ապահովում է պիտակավորման անվճար կենսաքիմիական հակադրություն: Ոլորտն ունի առաջադեմ տերահերց տեխնոլոգիա, ինչը հնարավորություն է տալիս ստեղծել ինտենսիվ մեկ շրջանի տերահերցային իմպուլսներ: Քվանտային օպտիկայի մեջ ոչ գծային էֆեկտները հեշտացնում են քվանտային հաղորդակցությունը հաճախականության փոխարկիչների և խճճված ֆոտոնների համարժեքների պատրաստման միջոցով: Բացի այդ, NLO-ի նորամուծությունները Brillouin-ի ցրման մեջ օգնեցին միկրոալիքային մշակման և թեթև փուլերի միացմանը: Ընդհանուր առմամբ, NLO-ն շարունակում է առաջ մղել տեխնոլոգիայի և հետազոտության սահմանները տարբեր առարկաների մեջ:

Գծային և ոչ գծային օպտիկա և դրանց հետևանքները առաջադեմ տեխնոլոգիաների համար
Օպտիկան առանցքային դեր է խաղում ինչպես առօրյա ծրագրերում, այնպես էլ առաջադեմ տեխնոլոգիաներում: LO-ն հիմք է տալիս շատ ընդհանուր օպտիկական համակարգերի համար, մինչդեռ NLO-ն խթանում է նորարարությունը այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են հեռահաղորդակցությունը, մանրադիտակը, լազերային տեխնոլոգիան և բիոֆոտոնիկան: NLO-ի վերջին առաջընթացները, հատկապես, քանի որ դրանք վերաբերում են երկչափ նյութերին, մեծ ուշադրության են արժանացել՝ շնորհիվ դրանց հնարավոր արդյունաբերական և գիտական ​​կիրառությունների: Գիտնականները նաև ուսումնասիրում են ժամանակակից նյութեր, ինչպիսիք են քվանտային կետերը գծային և ոչ գծային հատկությունների հաջորդական վերլուծության միջոցով: Հետազոտության առաջընթացի հետ մեկտեղ LO-ի և NLO-ի համակցված ըմբռնումը չափազանց կարևոր է տեխնոլոգիայի սահմանները առաջ մղելու և օպտիկական գիտության հնարավորություններն ընդլայնելու համար: