Netiesinė optika

Straipsnis iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos.
Peršokti į: navigaciją, paiešką
KDP monokristalas. KDP kristaluose pasireiškia antros eilės optinis netiesiškumas – antrosios harmonikos generacija.

Netiesinė optikaoptikos šaka, nagrinėjanti šviesos sklidimą netiesinėse medžiagose, turinčiose netiesinį dielektrinės poliarizacijos atsaką į išorinį elektromagnetinio lauką (šviesą). Netiesinės optikos reiškiniai dažniausiai pasireiškia esant labai dideliems šviesos lauko intensyvumams, todėl ši mokslo sritis pradėjo vystytis 1960 m. išradus lazerį.

Netiesinės optikos pradžia[taisyti | redaguoti kodą]

Netiesinė optikos nagrinėjimo pradžia siejama su lazerio sukūrimu. 1961 m. P. A. Franken su bendraautoriais iš Mičigano universiteto pademonstravo antrosios harmonikos generaciją su rubino lazeriu[1].

Netiesinis jautris[taisyti | redaguoti kodą]

Elektromangnetinių bangų poveikis medžiagai priklauso nuo medžiagos poliarizuotumo. Poliarizuotumą, esant stipriam elektriniam laukui, galime užrašyti:

P(t) \propto \chi^{(1)} E(t) + \chi^{(2)} E^2(t) + \chi^{(3)} E^3(t) + \cdots

Čia \chi^{(n)} - n-osios eilės medžiagos elektrinis jautris. Trečios eilės netiesinis jautris maždaug septyniomis eilėmis mažesnis už antros eilės netiesinį jautrį. Dar aukštesnės eilės jautriai yra nykstamai maži, todėl netiesinės optikos reiškinių aprašyme pasiribojama tik kvadratinio ir kubinio netiesiškumo jautriais. Poliarizuotumo formulę galime parašyta supaprastintai, atskiriant tiesinės ir netiesinės poliarizuotumo narius:

P(t) \propto P_T(t) + P_2(t) + P_2(t) + \cdots \propto P_T + P_NT.

Esant silpnam elektriniam laukui, medžiagos poliarizuotumas tiesiškai priklausys nuo išorinio elektrinio lauko. Tačiau kai išorinio elektrinio lauko stipris taps palyginamas su elektrono kuriamu elektrinio lauko stipriu, pasireišks netiesiniai poliarizuotumo nariai, sukeliantys įvairius netiesinius optinius reiškinius[2].

Netiesiniai kristalai[taisyti | redaguoti kodą]

Kaip minėta, netiesinis poliarizacinis atsakas pasireiškia, kai išorinis elektrinis laukas tampa palyginamas su vidiniu elektronų kuriamu elektriniu lauku. Stiprus šviesos laukas iškreipia elektronų potencinį lauką. Izotropinių medžiagų ar kristalų, turinčių centrinę simetriją potencinis laukas iškreipiamas simetriškai, todėl šių medžiagų poliarizacija aprašoma tik nelyginio laipsnio elektrinio lauko nariais – joms lyginiai netiesiniai jautriai yra lygūs nuliui. Šios medžiagos (pvz., oras, vanduo, stiklai) yra vadinamos kūbinio netiesiškumo medžiagomis.

Kvadratinės eilės jautris nėra lygus nuliui tik tam tikruose kristaluose, neturinčiuose centrinės simetrijos. Iš 32 simetrijos klasių 21 klasė neturi centrinės simetrijos. Tačiau palyginę kristalų kiekį galime pasakyti, kad kvadratinių kristalų tėra labai nedidelė visų kristalų dalis. Kvadratinio netiesiškumo kristalus galima suskirstyti į fosfidus (KDP, ADP, KTP), boratus (BBO, LBO), neobatus (LiNbO_3) bei kitus kristalus.

Netiesiniai optiniai reiškiniai[taisyti | redaguoti kodą]

Pagal reiškinių prigimtį intensyviems lazerio impulsams sąveikaujant su medžiaga vykstantys reiškiniai skirtomi į kvadratinio netiesiškumo, kubinio netiesiškumo reiškinius, netiesines sklaidas, netiesinę sugertį. Pagal sąveikoje dalyvaujančių fotonų skaičių reiškiniai skirstomi į dvibangius (netiesinės sklaidos), tribangius (kvadratinio netiesiškumo reiškiniai) bei keturbangius (kubinio netiesiškumo reiškiniai).

Kvadratinio netiesiškumo reiškiniai:

Kubinio netiesiškumo reiškiniai:

Priverstinės sklaidos:

Netiesinė sugertis:

Ekstremalioji netiesinė optika:

Šaltiniai[taisyti | redaguoti kodą]

  1. Franken, P.A.; Hill, A. E., Peters, C.W. ir Weinreich, G.. „Generation of Optical Harmonics“ (PDF). Phys. Rev. Lett., 7, 118–119 (1961). DOI:10.1103/PhysRevLett.7.118. Pasiektas 2006-11-28. 
  2. Boyd, R.W. (2008). Nonlinear Optics. Academic Press; 3 edition, 640.