התקדמות בחומרים אופטיים לא ליניאריים למכשירים אופטיים פיזיים משופרים

חומרים אופטיים לא ליניאריים: המנוע של פוטוניקה המודרנית

מכשירים אופטיים פיזיים – החל מתגי תקשורת מהירים ועד לייזרים כירורגיים מדויקים – תלוי ביכולת לשלוט באור עם דיוק יוצא דופן בשנים האחרונות, התקדמות בחומרים לא ליניאריים אופטיים (NLO) הפכו לכוח המניע מאחורי דור חדש של מכשירים הפועלים במהירויות גבוהות יותר, טווחי גל רחב יותר, ועם יעילות אנרגיה רבה יותר.חומרים אלה מגיבים לאור אינטנסיבי בדרכים כי חומרים ליניאריים לא יכולים: הם יכולים לשנות את הטכניקות שלהם, אפילו, לפשוט, או לשנות את התכונות החדשות, אפילו פעם אחת, לאחר מכן, או לדגום, או לדגום, הן יכולות להפוך לדגום, או לשנות את התכונות המעשיות, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, כלומר, כדי לשפר את התכונות של חומרים אלה, כדי לשפר את התכונות של חומרים אלה, כדי לשפר את התכונות של חומרים אלה, או לדגום, כדי לשנות את התכונות שלהם, או לדגום, כלומר, הן יכולות לשנות את האמצעים המעשיות, לאחר מכן.

מאמר זה מספק בדיקה מפורטת של ההתפתחויות האחרונות בחומרי NLO - גילוי גבישים חדשים, פולימרים מהונדסים וננו-מבנים - ומגלה כיצד חומרים אלה משנים את המכשירים האופטיים הפיזיים על פני התקשורת, הנדסה לייזר, הדמיה ואופטיקה קוונטית.

הבנה של חומרים אופטיים לא ליניאריים

כדי להעריך את ההשפעה של חומרי NLO, יש קודם כל להבין את ההבדל היסודי בין אופטיקה ליניארית ולא ליניארית.באופטיקה ליניארית, הקיטוב המושרה בחומר הוא פרופורציה ישירות לתחום החשמלי של אור האירוע.זה מחזיק זכוכית רגילה, אוויר, מים בתנאים קלים, עם זאת, כאשר אור מגיע לערכים טיפוסיים של לייזרים, את הסקאלה כבר לא מזיקה לינארית; זה הופך להיות פונקציה אלקטרו-קוליתית גבוהה יותר של הדור השני של שדה אופטי, כמו גירוי חשמלי, כמו אפקט אופטי, כמו אפקט כפול, כמו אפקט אלקטרו-אומטי, כמו אפקט של גירוי שלישי, כלומר, כלומר, כמו אפקט אלקטרו-חשמלי, כמו אפקט כפול של גירוי, כמו אפקט אלקטרו-סגול, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, כאשר לינארי, כאשר לינארי, כאשר אור, כאשר אור, כאשר אור לינארי הופך להיות השפעה אלקטרו-אפקט כפול של אנרגיה טיפוסי של אנרגיה טיפוסי של אנרגיה טיפוסי של אור, עם זאת, כאשר אור, הוא הופך להיות השפעה אלקטרו-סגול, עלייה של אור דרמטי יותר של אור, כאשר אור

העוצמה של השפעות לא ליניאריות אלה היא כפייתה על ידי לא לינאריות לא יעילים - בדרך כלל מלוטשים כ ⁇ (2) עבור תהליכים מסדר שני ו ⁇ (3) עבור תהליכים מסדר שלישי.חומרי NLO מודרניים מציגים את האפקטיביות האלה הזמנות רבות של גודל גדול יותר מאשר דיאלקטריות קונבנציונליות, מה שהופך אותם מעשי עבור מכשירים בעולם האמיתי.

התקדמות בפיתוח חומרי

העשור האחרון היה עדים להתקדמות יוצאת דופן במספר כיתות של חומרי NLO. החוקרים עברו מעבר לקריסטלים מסורתיים לא אורגניים כמו KDP (potassium dihydrogen pupupt) ו- LiNbO3 כדי לפתח גבישים עם הרבה יותר לא לינארי, חלונות שקיפות רחבים יותר, ושיפור יציבות הטמפרטורה. במקביל, פולימרים אורגניים ומבני ננו היברידיים נפתחו מסלולים גמישים, נמוכים, משולבים ומפוזרים.

קריסטל חדשנית

חומרים קריסטל נשארים עמוד השדרה של ההמרה בתדר גבוה כוח וoscillators אופטית. שתי דוגמאות בולטות הן לעתים קרובות מוטות ליתיום חנק (PPLN) ו beta-barium borate (BBO) PPLN משתמש טכניקה הנקראת קידוד תקופתי כדי להשיג התאמה quasi-phase, עלייה דרמטית של הדור השני-הרמוניה ההבדל האחרון של שקיפות גבוהה יותר, אשר הפך את העבודה האחרונה של שקיפות גבוהה יותר.

מעבר לכך, החוקרים גם פיתחו חומרים כמו LBO (Lithium triborate) ו- KTP (potassium titanyl pupt) עם מבנים מוכווניים שמשפרים את שני ה-שלישית שאינם לינאריות סדר שלישי.הופעתם של מכשירים ליתיום דק-סרטונימיים (TFLN) מייצגת התקדמות מרגשת במיוחד: על ידי ייצור סרטי טביעת רגל תת-מיקרומטר של IOb3 סיליקון, אשר משמשים כיום, לעומת סיליקון, אשר יכולים לשלב שבבים לא יעילים בגודלם, אשר יכולים לשלב את הגדלים של סיליקון, כלומר, כלומר, שבבים של סיליקון, אשר יכול לשלב שבבים של סיליקון, כלומר, עם שבבים-חמצני, עם שבבים-חמצני, 000-חמצני, אשר יכול לשלב את הגדלים עם שבבים-חמצני, עם שבבים-פחמיים-פחמיים-פחמיים-פחמיים-פחמיים-פחמיים-פחמיים-פחמיים-פחמיים-פחמיים-פחמיים-פחמיים-פחמיים-פחמימדיים-פחמיים-פחמיים-פחמיים-פחמימדיים-פחמי

חומרים פולימר ו-Nanostructure

פולימרים אורגניים עם תכונות אופטיות לא ליניאריות כבר אטרקטיביות בשל קלות העיבוד, מתגים נמוכים, והתאמה עם תת-שכבות גמישות.אתגר המפתח השיג די גבוה ⁇ (2) ו ⁇ (3) ערכים תוך שמירה על יציבות תרמית ופוטמיתמיתית. פריצות דרך האחרונות בעיצוב של chromophores - מטביעות עם יכולות גדולות - המיוצרים עם חומרים לא-מדומים של חומרים נוגדי חמצון, אשר פותחים על ידי חומרים נוגדי חמצון נמוכים, אשר מונעים על ידי חומרים נוגדי חמצון, או חומרים אופטיים על ידי חומרים נוגדי חמצון, אשר מאפשרים מקיפים של חומרים נוגדי חמצון, או חומרים נוגדי חמצון, אשר פותחים על ידי ציפויים על ידי חומרים נוגדי חמצון של חומרים כימיים.

חומרים ממובנים, כולל metamaterials, גבישים פוטוניים, וערכים plasmonic, מציעים נתיב נוסף כדי לשפר את הלא לינאריות. על ידי הנדסה השדה האלקטרומגנטי המקומי nanoscale, ניתן לרכז אור לתוך כרכים זעירים, להגדיל דרמטית את העוצמה שנראה על ידי מדד NLO. לדוגמה, זהב או חלקיקים כסף יכול לפעול כמו אנטנה plasmonics כי לשפר את השדה החשמלי על ידי כמה סדרים של חומר ניקוי יעיל, או חומר ניקוי אופטית, או חומר ניקוי אופטית, באופן שונה של חומרים אופטית, או חומר ניקוי אופטיתמי, או חומר ניקוי אופטית, או חומר ניקוי אופטית, כמו גם כן, כמו גם על ידי חומרים מטבולית חומר ניקוי אופטיתמי יכול להחליף את גודל יעיל של חומרים אופטיתמיים אופטיתמיים מורכבים באופן שונה של חומרים מטבולית חומר ניקוי אופטיתמיים, או חלקיקים אופטית, או חלקיקים אופטית, או חלקיקים אופטית, כמו גם על ידי חומרים אופטית או חלקיקים אופטיתמיים יכול לפעול כמו גם על ידי חומרים לא-מפוטוניים אופטיתיקים אופטיתמיים יכול לפעול כמו גם על ידי חומרים אופטיתמיים אופטית חומר ניקוי יעיל של חומרים אופטיתמיים יכול לפעול כמו גם כן,

אזור מבטיח נוסף הוא השימוש בחומרים 2D כגון גרפן, מעבר מתכת dichalcogenides (TMDs), ו-phosphorus שחור. אלה גבישים דקים מבחינה אטומית מפגינים ⁇ (3) לא לינאריות, בשילוב עם זמני תגובה מהירים וכיסוי ספקטרלי רחב.לדוגמה, מונושכבת מוליניטילנית מטושטשת (MoS2) הוכחה לייצר אור דו-קולי חזק, למרות ש-סימטריה רחבה עשויה לפתוח קומפקטית או גמישה.

יישומים בתקני אופטיקה פיזיים

החומרים הלא לינאריים המשופרים מעצבים מחדש את הנוף של מכשירים אופטיים פיזיים במספר תחומים מרכזיים.כל יישום מנף את המאפיינים הייחודיים של חומרי NLO כדי להשיג פונקציונליות שהם בלתי אפשריים או לא מעשיים עם אופטיקה ליניארית בלבד.

תדירות ההסכמה

ההמרה תדירות - תהליך של יצירת אורכי גל חדשים של אור - מתפרס על אי-לינאריות מסדר שני (הדור השני של ליריקולי) הופך אור אינפרא אדום לאור גלוי או אולטרה סגול, שהוא חיוני עבור יישומים כגון הדפסה לייזר, אחסון נתונים אופטית, ואת ההדמיה האתמית הביו-רפואית.

קישור חיצוני:0RP Photonics - Frequency Conversion BasicsFLT 1

החלפת אופטית

בתקשורת אופטית, היכולת לעבור או לשנות אותות אור מבלי להמיר אותם לצורה אלקטרונית היא קריטית עבור העברת נתונים במהירות גבוהה.חומרי NLO מציעים את הפוטנציאל להחלפה אופטית, שבו קרן אור אחד שולט באחר באמצעות תהליכים כגון אפקט הקרר או ארבע גלימות גלימות, הפגנות אחרונות השתמשו בחומרים ⁇ (3) ביתיים כגון משקפי chalcogenide, גלי סיליקון וגרף כדי להשיג מהירויות גבוהות של גל / סיליקון (למשל, לדוגמה, לחץ אווירי חשמל משולב) עם סיליקון-אונקמי (Gbit)

קישור חיצוני:0 (Optics Express) – התקדמות חדשה ב-All-אופטיקה: מעבר 1

פיתוח לייזר

חומרים אופטיים לא ליניאריים הם הכרחיים בעיצוב של לייזרים בעלי עוצמה גבוהה וטונהבל. Q-switching ו- Mode-locking - טכניקות המייצרות דופקים קצרים, אינטנסיביים - לעתים קרובות מסתמכים על קולטנים שישנים שמנצלים את הלא-ליניות מסדר השלישי (ב לייזרים חד-צדדיים) באופן נרחב, גבישים לא ליניאריים משמשים לתדירות גבוהה כדי להגיע לאסתטיקה, כחולה, או אולטרה-סגולה, לדוגמה, לייזרים (Nubseactive) באופן קבוע) באופן קבוע (Ricial) הם לעתים קרובות יותר, לייזרים (Ricial) ו-Ricial לייזרים (Ricial) אשר משמשים לייזרים (Ricial) באופן נרחב יותר, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, לייזרים) ו-אוויריים (Ricial לייזרים) באופן נרחב יותר, לייזרים (Ricial) ו-Ricial לייזרים (Ricoltruletra-Ricoltradoomtra-Opide) באופן נרחב יותר, לעתים קרובות) באופן נרחב יותר, לדוגמה, לייזרים (Ricol-32) בשימוש לייזרים) לשימוש לאחרונה, לעתים קרובות) באופן נרחב יותר, לייזרים (Ricial לייזר

קישור חיצוני:0 (Laser Focus World - Nonlinear Crystal Power Advances)

המונחים:

עיבוד מידע קוונטי, תקשורת מאובטחת ובדיקות בסיסיות של מכניקת הקוונטים מסתמכים על הדור והמניפולציה של פוטונים מבוכים (NLO) חומרים ליייל, במיוחד אלה עם ⁇ גבוהה (2), הם הבונים לעבודה ליצירת זוגות פוטונים מסובכים באמצעות סטיות של רשתות ספיריום (SPDC) המבוססות על שבבים מדויקים באופן ישיר על שבבים (pn-line) ו-pnial photonialdumcuality) הם phos (p-p-p-p-p-p-p-picial) של חלבון (p-p-p) ו-picial) של 2, כלומר, כלומר, phos) של חלבון שבבים גמישים גמישים (p-p-p-p-p-in-in-p-p-p-p-in-in-conversion) על גבי שבבים) על גבי שבבים) על גבי שבבים (p-in-line-in-in-in-in-conversion) על גבי שבבים (p-p-p-in-in-in-p-in-in-in-in-p-in-in-in-in-in-in

מעבר SPDC, חומרי NLO משמשים בממודולים ומתגים עבור חוזרים קוונטיים, בגילוי פוטון מסובך באמצעות הסתה למעלה, ובמדורים לא לינאריים שמגבירים את הרגישות מעבר למגבלת הזרקורים.הפיתוח של חומרים בעלי עוצמה נמוכה, גבוהה-לא לינאריות נשאר נתיב קריטי לעבר טכנולוגיות קוונטיות מדרגיות.

קישור חיצוני:0 (צילום: 0) Nature Photonics - Advances in משולב

פרספקטיבה עתידית

ככל שהביקוש למכשירים פוטוניים מהירים יותר, קטנים ויעילים יותר גדל, התפקיד של חומרים אופטיים לא ליניאריים רק הופך להיות מרכזי יותר.כמה מגמות מתעוררות מצביעות על הדור הבא של חומרי NLO ושילובם במערכות מעשיות.

(FLT:0) למידה ועיצוב הפוך של 1 (FLT:1) עכשיו הם משמשים כדי לגלות גבישים לא לינאריים ופולימרים חדשים.על ידי הכשרת רשתות עצביות על מסדי נתונים של חומרים ידועים, החוקרים יכולים לחזות לא לינאריים coefficients, להקות ויציבות לפני הסינתזת אותם.זה כבר הובילה לגילוי של כרומוזומים אורגניים חדשים עם רמות גבוהות של חומר משולב עם סינתזה אוטומטית.

(FLT:0) שילוב Hybrid אינטגרציה FLT:1 הוא עוד כיוון מפתח.על ידי שילוב חומרים NLO שונים על שבב יחיד - כגון ליתיום חנקן אפקטים אחרים הזמנה סיליקון או סיליקון חנקן עבור אפקטים מסדר שלישי - גורמים יכולים לבנות מעגלים פוטוניים רב תפקודיים כי לבצע תדירות, שינוי, וגילוי על התפתחות תת-קבוצה אחת של טכניקות אובדן דם נמוך עם מספר קבוצות אובדן קשר אלקטרוניות עם מספר קבוצות טיפול אלקטרוניות עבודה עם מספר קבוצות למידה נמוכה של תמונות.

(FLT:0) טכנולוגיות פוטוניות פוטוניות פוטוניות של LT:1ir ימשיכו לנהוג הביקוש לחומרי NLO עם רעש נמוך יותר, בהירות גבוהה יותר, וסבך חזק יותר.חומרים הפועלים באורכי גל טלקום כדי למנף תשתיות סיבים קיימות, כגון ליתיום במיוחד niobate ו-Rahanide פנינה, מקבלים תשומת לב מסוימת.

(FLT:0) מטבוליט לינארי (Nonlinear metasurfaces) 1FLT) מייצג שינוי פרדיגמטי כיצד אנו חושבים על אופטיקה (אופטיקה) במקום להסתמך על גבישים גדולים, משטחים אולטרה-אין אלה משתמשים במערךים של מחזרים באורך גלים כדי להשיג את אותם פונקציונליות לא ליניארית - המרה, מתפתלת, ואפילו הולוגים - בתוך שכבה של כמה מאות ננומטרים של קומפקטיים מורכבים, עשויים להחליף מנגנונים מאפקטים מסורתיים של צורות מורכבות, כמו גם מאפקטים שונים של צורות מורכבות, כמו גם ממתכתיות, כמו גם מאפקטים שונים של צורות מורכבות, כמו גם ממתכתיות, כמו גם ממתכתיות.

האתגרים שעדיין כוללים שיפור יציבות תרמית וסף נזק של חומרים אורגניים וננו-מבנים, צמצום ההפסדים האופטיים בפלטפורמות פילים דקים, ופיתוח תהליכי ייצור יעילים עבור אופטיקה לא לינארית גדולה, טיפול אלה ידרוש המשך שיתוף פעולה בין חומרים מדענים, מהנדסי אופטיים ומעצבי מכשירים.אבל ההתקדמות של העשור האחרון נותנת אמון חזק כי הטוב ביותר הוא עדיין להגיע מרשתות קוונטיות לייזרים וגילים חדשים, עם חומרים אופטיים, עם התפתחות של חומרים אופטיים, עם חומרים אופטיים, אך ורקמות, אך התקדמות של חומרים אופטיים, עם התפתחות של חומרים אופטיים, עם התפתחות של חומרים אופטיים, עם התפתחות של חומרים אופטיים, עם התפתחות של חומרים אופטיים, עם התפתחות של חומרים אופטיים חסרי תקדים, עם התפתחות של חומרים אופטיים, עם התפתחות של חומרים אופטיים, עם התפתחות של חומרים אופטיים, עם התפתחות של אנרגיה לא ליניארית חסרת תקדים, עם התפתחות של אנרגיה לא-מדומים, עם התפתחות של אנרגיה לא-מנטלית חסרת תקדים, עם התפתחות של חומרים אופטית חסרת תקדים, עם התפתחות של העשור האחרון, עם התפתחות של אנרגיה, עם התפתחות של העשור האחרון, עם התפתחות של העשור האחרון, עם התפתחות של העשור האחרון, עם התפתחות של העשור האחרון, אך התקדמות של העשור האחרון

קישור חיצוני:0 (לא ליניארי) Optics in Metasurfaces