Nonlineaarisia optisia vaikutuksia esiintyy silloin, kun materiaalin vaste sovellettuun valokenttään ei ole suoraan verrannollinen valon voimakkuuteen. Nämä vaikutukset ovat olennaisia erilaisissa teknologisissa sovelluksissa, kuten laserkehityksessä, televiestinnässä ja lääketieteellisessä kuvantamisessa. Näiden ilmiöiden ymmärtäminen edellyttää niiden käytännön vaikutusten ja laskentamenetelmien tutkimista.

Ei-lineaarisen optikon perusteet

Lineaarisessa optiikka, polarisointi materiaalin vastaa suhteessa sähkökenttään valon. Ei-lineaarinen optiikka, kuitenkin, liittyy korkeampi-järjestys vastauksia, joissa polarisaatio riippuu neliö, kuutio, tai korkeampi voimaa sähkökentän. Tämä johtaa ilmiöihin, kuten harmoninen sukupolvi, itsekeskeisyys, ja optinen yksinäisyys.

Käytännön vaikutukset

Nonlineaariset vaikutukset mahdollistavat uusien valontaajuuksien luomisen, jotka ovat välttämättömiä laserlähteiden luomiseksi aallonpituuksilla, joita ei ole helppo käyttää muutoin. Ne mahdollistavat myös valosignaalien moduloinnin kuituoptiikkana, mikä parantaa tiedonsiirtonopeutta. Lisäksi lääketieteellisissä kuvantamistekniikoissa, kuten monifotonimikroskoopissa, käytetään epälineaarisia ilmiöitä.

Laskelmat ja mallintaminen

Ei-lineaaristen optisten vasteiden laskeminen edellyttää materiaalien epälineaarisen herkkyyden ymmärtämistä. Toisen asteen herkkyys, χ(2), vastaa toisesta harmonisesta sukupolvesta, kun taas kolmannen asteen herkkyys, χ(3), liittyy ilmiöihin, kuten itsekeskeisyyteen ja neliaaltoiseen sekoittumiseen. Numeerinen menetelmä, kuten finiittisen eron aika- domain (FDTD) simulaatiot, käytetään usein näiden vaikutusten tarkkaan mallintamiseen.

Yleiset ei- lineaariset vaikutukset

  • Toinen harmoninen sukupolvi
  • Itseä ruokkiva
  • Optiset solitonit
  • Neljän aallon sekoittaminen
  • Itsesuuntautunut muokkaus