La óptica no lineal o NLO se refiere a la rama de la óptica que estudia las propiedades de la luz en un medio no lineal. En medios no lineales, la densidad de polarización (P) interactúa de forma no lineal con el campo eléctrico de la luz (E). En general, la no linealidad de la luz se puede examinar a intensidades de luz extremadamente altas (valores de campos eléctricos atómicos, generalmente 108 V / m), producidos por láseres. Se estima que un vacío se convierte en un medio no lineal después de cruzar el límite de Schwinger. El principio de superposición no se puede aplicar a ópticas no lineales.
Historia de la óptica no lineal
Maria Goeppert Mayer fue la primera persona en observar el efecto óptico no lineal durante la absorción de dos fotones en 1931. Sin embargo, esta teoría permaneció inexplorada hasta 1961. En 1961, los laboratorios Bell realizaron experimentos para observar la absorción de dos fotones. Simultáneamente, Peter Franken et al. de la Universidad de Michigan descubrió la segunda generación armónica. Ambos avances ocurrieron poco después de que Theodore Maiman desarrollara el primer láser. Sin embargo, ciertas propiedades de la óptica no lineal salieron a la luz antes de la construcción del láser. La monografía de Bloembergen "óptica no lineal" fue la primera en describir y establecer la teoría básica de varios procesos de óptica no lineal.
Fuente: Pangkakit at Wikipedia en chino, Punteros Láser, CC BY-SA 3.0
¿Qué son los procesos ópticos no lineales?
La óptica no lineal explica además la respuesta no lineal de propiedades como polarización, frecuencia, longitud de onda, camino o fase de la luz incidente, interacción con diferentes medios, etc. Tales interacciones no lineales conducen a varios fenómenos ópticos:
Procesos de mezcla de frecuencias
• Generación de segundo armónico (shg) o duplicación de frecuencia: SHG se refiere al proceso de generación de luz con una frecuencia dos veces mayor que la luz original (o la mitad de la longitud de onda). En este proceso, se destruyen dos fotones para producir un solo fotón que tiene el doble de frecuencia.
• Generación de tercer armónico (thg): THG se refiere al proceso de generación de luz con una frecuencia tres veces mayor que la de la luz original (o un tercio de la longitud de onda). En este proceso, se destruyen tres fotones para producir un solo fotón, habiéndose triplicado su frecuencia.
• Generación de altos armónicos (hhg): HHG se refiere al proceso de generación de luz con frecuencias varias veces mayores que las originales (generalmente de 100 a 1000 veces mayores).
• Generación de frecuencia de suma (sfg): El proceso de suma de dos frecuencias separadas para generar luz que tiene la frecuencia resultante se llama SFG.
• Generación de frecuencia de diferencia (dfg): El proceso de restar dos frecuencias separadas para generar la frecuencia resultante se llama DFG.
• Amplificación paramétrica óptica (opa): OPA se refiere al proceso de amplificación de la entrada de señal mediante la utilización de una onda de bombeo de frecuencia más alta y al mismo tiempo creando una onda inactiva.
• Oscilación paramétrica óptica (opo): OPO se refiere al proceso de generación de señal y de onda inactiva en un resonador con la ayuda de un amplificador paramétrico (sin ninguna entrada de señal).
• Generación óptica paramétrica (opg): OPG es similar a la oscilación paramétrica, pero no incluye un resonador y en su lugar incorpora una ganancia extremadamente alta.
• Generación de medios armónicos: Es un caso particular de opg u opo. En esto, el loco y la señal degeneran en una sola frecuencia.
• Conversión descendente paramétrica espontánea (spdc): SPDC se refiere al proceso de amplificación de la fluctuación del vacío que pertenece al régimen de baja ganancia.
• Rectificación óptica (o): OR se refiere al proceso de creación de campos eléctricos cuasiestáticos.
• Interacción de materia luminosa no lineal con plasmas y electrones libres.
Otros procesos no lineales
• Efecto Kerr óptico, que representa el índice de refracción dependiente de la intensidad.
Efecto Kerr: El efecto Kerr (a veces denominado efecto electroóptico cuadrático) se refiere al cambio en el índice de refracción de un medio influenciado por un campo eléctrico aplicado.
• Modulación de fase cruzada (xpm): En XPM, una cierta longitud de onda de luz puede influir en la fase de una longitud de onda de luz diferente debido al efecto óptico de Kerr.
• Mezcla de cuatro ondas (fwm): FWM se crea a partir de otras no linealidades.
• Generación de ondas con polarización cruzada (xpw): XPW se refiere al efecto que genera una onda que tiene el vector de polarización ortogonal a la onda de entrada.
• Amplificación Raman
• Inestabilidad modulacional.
• Conjugación de fase óptica: Se refiere a la inversión de la dirección de propagación y la fase de un haz de luz dado.
• Dispersión de Brillouin estimulada: Esto se refiere a la interacción de fotones con fonones acústicos.
• Absorción de fotones múltiples: Esto se refiere a la transferencia de energía a un solo electrón mediante la absorción de dos o más fotones simultáneamente.
• Múltiples fotoionizaciones: Esto se refiere a la exclusión de varios electrones ligados por un solo fotón casi simultáneamente.
• Caos óptico: Esto se refiere a las inestabilidades del láser observadas en varios sistemas ópticos no lineales.
Procesos relacionados con la óptica no lineal:
Los procesos en los que el medio observa una interacción lineal de la luz, pero se ven afectados por varias otras causas:
• Efecto pockels: En esto, el índice de refracción del medio está influenciado por un campo eléctrico estático. Esto se encuentra en moduladores electroópticos.
- Dispersión Raman: En esto, los fotones interactúan con los fonones ópticos.
• Acústica-óptica: En este, el índice de refracción del medio está influenciado por ondas acústicas (ultrasonido). Se utiliza en moduladores acústico-ópticos.
Óptica molecular no lineal
Las primeras observaciones sobre la óptica y los medios no lineales se concentraron principalmente en los sólidos inorgánicos. Con el tiempo, a medida que surgieron más estudios relacionados con la óptica no lineal, se investigó el campo de la óptica molecular no lineal.
Los primeros enfoques que se utilizaron para mejorar las propiedades no lineales o las no linealidades comprenden los procesos de
En los últimos años, se diseñaron varias direcciones novedosas para la manipulación de la luz y la no linealidad mejorada. Algunas de esas propuestas incluían una cascada de no linealidad de segundo orden microscópicamente, combinando una rica densidad de estados con alternancia de enlaces, cromóforos retorcidos, etc. Los ilustres beneficios de la óptica molecular no lineal han dado como resultado que se utilice de manera significativa en el campo de la biofotónica que incluye la biosensores, bioimagen, fototerapia, etc.
La óptica molecular no lineal se basa en la teoría del modelo de suma sobre estados (SOS). La interacción de una sola molécula aislada con la radiación se estudia mediante la teoría de la perturbación de primer orden. Las expresiones resultantes para las hiperpolarizabilidades moleculares no lineales y la polarizabilidad lineal dependen de las propiedades de los momentos de transición de los dipolos eléctricos y de los estados moleculares de las transiciones inducidas por la luz entre ellos.
Formación de patrones ópticos no lineales
Cuando los campos ópticos se transmiten a través de medios Kerr no lineales, pueden mostrar alguna forma de formación de patrones. Esto sucede debido a la amplificación del ruido espacial y temporal por el medio no lineal. Este efecto se denomina inestabilidad de modulación óptica. La inestabilidad de la modulación óptica se ha percibido en ambos sistemas fotónicos, fotorrefractivos y fotorreactivos. La no linealidad óptica inducida por reacción aumenta en el índice de refracción para los sistemas fotorreactivos.
Conjugación de fase óptica
Los procesos ópticos no lineales han hecho posible invertir la dirección de propagación y la variación de fase de un haz de luz. El haz invertido se denomina haz conjugado (de ahí el nombre de conjugación de fase óptica) del original. Esta técnica también se conoce como inversión de frente de onda de inversión en el tiempo. El instrumento que produce tales haces conjugados se conoce como espejo conjugado de fase (PCM).
Para saber más sobre la energía lumínica visite https://techiescience.com/light-energy-light-energy-examples-and-uses/ & https://techiescience.com/a-detailed-overview-on-lensometer-working-uses-parts/
Para saber más sobre telescopios visite https://techiescience.com/newtonian-telescope/ & https://techiescience.com/reflecting-telescope/
Lea también
- Velocidad angular vs velocidad lineal velocidad angular y velocidad lineal
- ¿El adn procariótico es circular o lineal?
Hola, soy Sanchari Chakraborty. He realizado el Máster en Electrónica.
Siempre me gusta explorar nuevos inventos en el campo de la Electrónica.
Soy un aprendiz entusiasta y actualmente invertido en el campo de la Óptica y Fotónica Aplicadas. También soy miembro activo de SPIE (Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica) y OSI (Sociedad Óptica de la India). Mis artículos tienen como objetivo sacar a la luz temas de investigación científica de calidad de una manera sencilla pero informativa. La ciencia ha ido evolucionando desde tiempos inmemoriales. Entonces, pongo mi granito de arena para aprovechar la evolución y presentarla a los lectores.
Conectemos a través de
Hola compañero lector,
Somos un equipo pequeño en Techiescience y trabajamos duro entre los grandes jugadores. Si te gusta lo que ves, comparte nuestro contenido en las redes sociales. Su apoyo hace una gran diferencia. ¡Gracias!