Cấu trúc của tinh thể KTP, nhìn từ trục b xuống, được sử dụng trong thế hệ sóng hài thứ hai.

Quang học phi tuyến (NLO) là nhánh quang học mô tả hành vi của ánh sáng trong môi trường phi tuyến, nghĩa là môi trường trong đó mật độ phân cực P phản ứng phi tuyến tính với điện trường E của ánh sáng. Sự phi tuyến tính thường chỉ được quan sát ở cường độ ánh sáng rất cao (giá trị của điện trường nguyên tử, thường là 108 V/m), chẳng hạn như khi tia laser được phóng ra. Trên giới hạn Schwinger, chân không dự kiến sẽ trở thành phi tuyến. Trong quang học phi tuyến, nguyên tắc chồng chập không còn đúng nữa.[1][2][3]

Lịch sửSửa đổi

Hiệu ứng quang học phi tuyến đầu tiên được dự đoán là sự hấp thụ hai photon, bởi Maria Goeppert Mayer với bằng tiến sĩ của bà năm 1931, nhưng nó vẫn là một sự tò mò về lý thuyết chưa được khám phá cho đến năm 1961 và sự quan sát gần như đồng thời về sự hấp thụ hai photon tại Bell Labs [4] và khám phá thế hệ hài hòa thứ hai của Peter Franken et al. tại Đại học Michigan, cả hai ngay sau khi xây dựng máy laser đầu tiên của Theodore Maiman.[5] Tuy nhiên, một số hiệu ứng phi tuyến đã được phát hiện trước khi phát triển laser.[6] Cơ sở lý thuyết cho nhiều quá trình phi tuyến được mô tả lần đầu tiên trong chuyên khảo "Quang học phi tuyến" của Bloembergen.[7]

Các quá trình quang học phi tuyếnSửa đổi

Quang học phi tuyến giải thích đáp ứng phi tuyến của các thuộc tính như tần số, phân cực, pha hoặc đường đi của ánh sáng tới.[5] Những tương tác phi tuyến này làm phát sinh một loạt các hiện tượng quang học:

Quá trình trộn tần sốSửa đổi

  • Thế hệ sóng hài thứ hai (SHG), hoặc nhân đôi tần số, tạo ra ánh sáng với tần số nhân đôi (một nửa bước sóng), hai photon bị phá hủy, tạo ra một photon đơn lẻ ở hai lần tần số.
  • Thế hệ sóng hài bậc ba (THG), tạo ra ánh sáng với tần số gấp ba (một phần ba bước sóng), ba photon bị phá hủy, tạo ra một photon duy nhất với tần số gấp ba lần.
  • Thế hệ sóng hài cao (HHG), thế hệ ánh sáng có tần số lớn hơn nhiều so với ban đầu (thường lớn hơn 100 đến 1000 lần).
  • Tạo tần số tổng (SFG), tạo ra ánh sáng với tần số là tổng của hai tần số khác (SHG là trường hợp đặc biệt của điều này).
  • Tạo tần số khác biệt (DFG), tạo ra ánh sáng với tần số là sự khác biệt giữa hai tần số khác.
  • Khuếch đại tham số quang (OPA), khuếch đại đầu vào tín hiệu với sự hiện diện của sóng bơm tần số cao hơn, đồng thời tạo ra sóng idler (có thể được coi là DFG).
  • Dao động tham số quang (OPO), tạo ra tín hiệu và sóng idler sử dụng bộ khuếch đại tham số trong bộ cộng hưởng (không có đầu vào tín hiệu).
  • Tạo tham số quang (OPG), giống như dao động tham số nhưng không có bộ cộng hưởng, thay vào đó sử dụng mức tăng rất cao.
  • Thế hệ nửa hài hòa, trường hợp đặc biệt của OPO hoặc OPG khi tín hiệu và bộ làm việc suy giảm trong một tần số duy nhất,
  • Chuyển đổi xuống tham số tự phát (SPDC), sự khuếch đại của dao động chân không trong chế độ khuếch đại thấp.
  • Chỉnh lưu quang học (OR), tạo ra điện trường bán tĩnh.
  • Tương tác vật chất ánh sáng phi tuyến với các electron và plasma tự do.[8][9][10][11]

Tham khảoSửa đổi

  1. ^ Boyd, Robert (2008). Nonlinear Optics (ấn bản 3). Academic Press. ISBN 978-0-12-369470-6. 
  2. ^ Shen, Yuen-Ron (2002). The Principles of Nonlinear Optics. Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-43080-3. 
  3. ^ Agrawal, Govind (2006). Nonlinear Fiber Optics (ấn bản 4). Academic Press. ISBN 978-0-12-369516-1. 
  4. ^ Kaiser, W.; Garrett, C. G. B. (1961). “Two-Photon Excitation in CaF2:Eu2+”. Physical Review Letters 7 (6): 229. Bibcode:1961PhRvL...7..229K. doi:10.1103/PhysRevLett.7.229. 
  5. ^ a ă Rigamonti, Luca (tháng 4 năm 2010). “Schiff base metal complexes for second order nonlinear optics” (PDF). La Chimica & l'Industria (3): 118–122. 
  6. ^ Lewis, Gilbert N.; Lipkin, David; Magel, Theodore T. (tháng 11 năm 1941). “Reversible Photochemical Processes in Rigid Media. A Study of the Phosphorescent State”. Journal of the American Chemical Society (bằng tiếng Anh) 63 (11): 3005–3018. doi:10.1021/ja01856a043. 
  7. ^ Bloembergen, Nicolaas (1965). Nonlinear Optics. ISBN 978-9810225995. 
  8. ^ Chen, Szu-yuan; Maksimchuk, Anatoly; Umstadter, Donald (ngày 17 tháng 12 năm 1998). “Experimental observation of relativistic nonlinear Thomson scattering”. Nature 396 (6712): 653–655. Bibcode:1998Natur.396..653C. arXiv:physics/9810036. doi:10.1038/25303. 
  9. ^ Bula, C.; McDonald, K. T.; Prebys, E. J.; Bamber, C.; Boege, S.; Kotseroglou, T.; Melissinos, A. C.; Meyerhofer, D. D.; Ragg, W. (ngày 22 tháng 4 năm 1996). “Observation of Nonlinear Effects in Compton Scattering”. Phys. Rev. Lett. (Submitted manuscript) 76 (17): 3116–3119. Bibcode:1996PhRvL..76.3116B. PMID 10060879. doi:10.1103/PhysRevLett.76.3116. Bản gốc lưu trữ ngày 21 tháng 6 năm 2019. Truy cập ngày 6 tháng 9 năm 2018. 
  10. ^ https://archive.today/20120718043757/http://pop.aip.org/phpaen/v12/i9/p093106_s1. Bản gốc lưu trữ ngày 18 tháng 7 năm 2012. Truy cập ngày 4 tháng 7 năm 2010.  |tựa đề= trống hay bị thiếu (trợ giúp)
  11. ^ Thaury, C.; Quéré, F.; Geindre, J.-P.; Levy, A.; Ceccotti, T.; Monot, P.; Bougeard, M.; Réau, F.; d’Oliveira, P. (ngày 1 tháng 6 năm 2007). “Plasma mirrors for ultrahigh-intensity optics”. Nat Phys 3 (6): 424–429. Bibcode:2007NatPh...3..424T. doi:10.1038/nphys595.