Xətti və qeyri-xətti optikaya ümumi baxış

Xətti optika və qeyri-xətti optikaya ümumi baxış

İşığın maddə ilə qarşılıqlı təsirinə əsasən, optika xətti optika (LO) və qeyri-xətti optikaya (NLO) bölünə bilər. Xətti optika (LO) işığın xətti qarşılıqlı təsirinə yönəlmiş klassik optikanın əsasını təşkil edir. Bunun əksinə olaraq, qeyri-xətti optika (NLO) işığın intensivliyi materialın optik reaksiyası ilə birbaşa mütənasib olmadıqda, xüsusən də lazerlər kimi yüksək parıltı şəraitində baş verir.

Xətti Optika (LO)
LO-da işıq maddə ilə aşağı intensivlikdə qarşılıqlı əlaqədə olur, adətən hər atom və ya molekulda bir foton iştirak edir. Bu qarşılıqlı təsir, təbii, pozulmamış vəziyyətdə qalan atom və ya molekulyar vəziyyətin minimal təhrifinə səbəb olur. LO-da əsas prinsip elektrik sahəsinin yaratdığı dipolun sahənin gücü ilə düz mütənasib olmasıdır. Buna görə də, LO superpozisiya və əlavəlik prinsiplərini təmin edir. Superpozisiya prinsipi bildirir ki, sistem çoxsaylı elektromaqnit dalğalarına məruz qaldıqda, ümumi cavab hər dalğaya fərdi cavabların cəminə bərabərdir. Additivity eyni şəkildə göstərir ki, mürəkkəb optik sistemin ümumi reaksiyası onun ayrı-ayrı elementlərinin cavablarını birləşdirməklə müəyyən edilə bilər. LO-da xəttilik o deməkdir ki, intensivlik dəyişdikcə işığın davranışı sabitdir – çıxış girişlə mütənasibdir. Bundan əlavə, LO-da tezlik qarışığı yoxdur, buna görə də belə bir sistemdən keçən işıq gücləndirmə və ya faza modifikasiyasına məruz qaldıqda belə tezliyini saxlayır. LO nümunələrinə işığın linzalar, güzgülər, dalğa lövhələri və difraksiya barmaqlıqları kimi əsas optik elementlərlə qarşılıqlı təsirini göstərmək olar.

Qeyri-xətti optika (NLO)
NLO, xüsusilə çıxışın giriş gücünə qeyri-mütənasib olduğu yüksək intensivlik şəraitində güclü işığa qeyri-xətti reaksiyası ilə seçilir. NLO-da çoxlu fotonlar materialla eyni vaxtda qarşılıqlı əlaqədə olur, nəticədə işığın qarışması və sınma indeksinin dəyişməsi baş verir. İşıq davranışının intensivliyindən asılı olmayaraq ardıcıl qaldığı LO-dan fərqli olaraq, qeyri-xətti effektlər yalnız həddindən artıq işıq intensivliyində aydın olur. Bu intensivlikdə, superpozisiya prinsipi kimi normal olaraq yüngül qarşılıqlı təsirləri tənzimləyən qaydalar artıq tətbiq olunmur və hətta vakuumun özü də qeyri-xətti davrana bilər. İşıq və maddənin qarşılıqlı təsirindəki qeyri-xəttilik müxtəlif işıq tezlikləri arasında qarşılıqlı təsirə imkan verir, nəticədə harmonik generasiya, cəmi və fərq tezliklərinin yaranması kimi hadisələr baş verir. Bundan əlavə, qeyri-xətti optika parametrik gücləndirmə və salınımda göründüyü kimi, işıq enerjisinin yeni tezliklər yaratmaq üçün yenidən paylandığı parametrik prosesləri əhatə edir. Başqa bir vacib xüsusiyyət, işıq dalğasının fazasının öz intensivliyi ilə dəyişdirildiyi öz fazalı modulyasiyadır - optik rabitədə həlledici rol oynayan təsir.

Xətti və qeyri-xətti optikada işıq-maddə qarşılıqlı təsirləri
LO-da işıq bir materialla qarşılıqlı əlaqədə olduqda, materialın reaksiyası işığın intensivliyi ilə düz mütənasibdir. Bunun əksinə olaraq, NLO yalnız işığın intensivliyinə deyil, həm də daha mürəkkəb yollarla cavab verən materialları əhatə edir. Yüksək intensivlikli işıq qeyri-xətti materiala dəydikdə, o, yeni rənglər yarada və ya işığı qeyri-adi üsullarla dəyişə bilər. Məsələn, qırmızı işıq yaşıl işığa çevrilə bilər, çünki materialın reaksiyası yalnız mütənasib dəyişiklikdən daha çoxunu ehtiva edir – o, tezliklərin ikiqat artması və ya digər mürəkkəb qarşılıqlı təsirləri əhatə edə bilər. Bu davranış adi xətti materiallarda görünməyən mürəkkəb optik effektlər dəstinə gətirib çıxarır.

Xətti və qeyri-xətti optik texnikanın tətbiqi
LO linzalar, güzgülər, dalğa lövhələri və difraksiya ızgaraları da daxil olmaqla geniş istifadə olunan optik texnologiyaların geniş spektrini əhatə edir. O, əksər optik sistemlərdə işığın davranışını başa düşmək üçün sadə və hesablana bilən çərçivə təmin edir. Faza dəyişdiriciləri və şüa ayırıcılar kimi cihazlar tez-tez LO-da istifadə olunur və sahə LO sxemlərinin önə çıxdığı nöqtəyə qədər inkişaf etmişdir. Bu sxemlər indi mikrodalğalı və kvant optik siqnal emalı və yeni yaranan bioevristik hesablama arxitekturaları kimi sahələrdə tətbiqləri ilə çoxfunksiyalı alətlər kimi görünür. NLO nisbətən yenidir və müxtəlif tətbiqləri ilə müxtəlif sahələri dəyişmişdir. Telekommunikasiya sahəsində lazer gücü artdıqca məlumat ötürmə limitlərinə təsir edərək fiber optik sistemlərdə əsas rol oynayır. Analitik alətlər yüksək dəqiqlikli, lokallaşdırılmış təsviri təmin edən konfokal mikroskopiya kimi qabaqcıl mikroskopiya üsulları vasitəsilə NLO-dan faydalanır. NLO həmçinin yeni lazerlərin işlənib hazırlanmasına və optik xüsusiyyətlərin dəyişdirilməsinə imkan verməklə lazerləri təkmilləşdirir. O, həmçinin, ikinci harmonik nəsil və iki fotonlu flüoresans kimi üsullardan istifadə etməklə farmasevtik istifadə üçün optik görüntüləmə üsullarını təkmilləşdirmişdir. Biofotonikada NLO minimal zədələnmə ilə toxumaların dərin təsvirini asanlaşdırır və pulsuz biokimyəvi kontrastın etiketlənməsini təmin edir. Sahədə tək dövrlü intensiv terahertz impulslar yaratmağa imkan verən təkmil terahertz texnologiyası var. Kvant optikasında qeyri-xətti effektlər tezlik çeviricilərinin və dolaşıq foton ekvivalentlərinin hazırlanması vasitəsilə kvant rabitəsini asanlaşdırır. Bundan əlavə, NLO-nun Brillouin səpilməsindəki yenilikləri mikrodalğalı emal və işıq fazasının birləşməsinə kömək etdi. Ümumilikdə, NLO müxtəlif fənlər üzrə texnologiya və tədqiqatın sərhədlərini itələməyə davam edir.

Xətti və qeyri-xətti optika və onların qabaqcıl texnologiyalar üçün təsiri
Optika həm gündəlik tətbiqlərdə, həm də qabaqcıl texnologiyalarda əsas rol oynayır. LO bir çox ümumi optik sistemlər üçün əsas yaradır, NLO isə telekommunikasiya, mikroskopiya, lazer texnologiyası və biofotonika kimi sahələrdə innovasiyaları idarə edir. NLO-da son nailiyyətlər, xüsusən də iki ölçülü materiallara aid olduğu üçün, potensial sənaye və elmi tətbiqləri sayəsində çox diqqət çəkmişdir. Alimlər həmçinin xətti və qeyri-xətti xüsusiyyətlərin ardıcıl analizi ilə kvant nöqtələri kimi müasir materialları araşdırırlar. Tədqiqat irəlilədikcə, LO və NLO-nun birləşmiş anlayışı texnologiyanın sərhədlərini itələmək və optik elmin imkanlarını genişləndirmək üçün çox vacibdir.