Нелінейная оптыка

**Нелінейная оптыка** — раздзел оптыкі, у якім даследуюць сукупнасць аптычных з'яў, якія назіраюцца пры ўзаемадзеянні светлавых палёў з рэчывам, у якога маецца нелінейная рэакцыя вектара палярызацыі \vec P на вектар напружанасці электрычнага поля \vec E светлавой хвалі. У большасці рэчываў дадзеная нелінейнасць назіраецца толькі пры вельмі высокай інтэнсіўнасці святла, дасяганых пры дапамозе лазераў. Прынята лічыць як узаемадзеянне, так і сам працэс лінейнымі, калі яго верагоднасць прапарцыйная першай ступені інтэнсіўнасці выпраменьвання. Калі гэтая ступень больш адзінкі, то як узаемадзеянне, так і працэс называюцца нелінейным. Такім чынам паўсталі тэрміны лінейная і нелінейная оптыка.

З'яўленне **нелінейнай оптыкі** звязана з распрацоўкай лазераў, якія могуць генераваць святло з вялікай напружанасцю электрычнага поля, сумернай з напружанасцю мікраскапічнага поля ў атамах.

Асноўныя прычыны, якія выклікаюць адрозненні ва ўздзеянні выпраменьвання вялікай інтэнсіўнасці ад выпраменьвання малой інтэнсіўнасці на рэчыва:

# Пры вялікай інтэнсіўнасці выпраменьвання галоўную ролю гуляюць шматфатонныя працэсы, калі ў элементарным акце паглынаецца некалькі фатонаў.
# Пры вялікай інтэнсіўнасці выпраменьвання ўзнікаюць эфекты самаўзаемадзеяння, якія прыводзяць да змены зыходных уласцівасцей рэчывы пад уплывам выпраменьвання.

Да нелінейнай оптыцы адносяць цэлы шэраг фізічных з'яў:

## Шматфатонныя працэсы (працэсы з змяненнем частот) 
* Генерацыя другой гармонікі, або падваенне частаты святла, якое з'яўляецца генерацыяй святла з падвоенай частатой і паменшанай удвая даўжынёй хвалі;
* Складанне частот святла — генерацыя святла з частатой, роўнай суме частот двух іншых светлавых хваляў. Падваенне частоты з'яўляецца прыватным выпадкам дадзенай з'явы;
* Генерацыя трэцяй гармонікі — генерацыя святла з патроенай частатой. Звычайна з'яўляецца камбінацыяй двух папярэдніх з'яў: спачатку адбываецца падваенне частоты, а затым складанне частот зыходнай хвалі і хвалі з падвоенай частатой;
* Генерацыя рознаснай частаты — генерацыя святла з частатой, роўнай рознасці частот двух іншых светлавых хваляў.
* Параметрычнае ўзмацненне святла — узмацненне ўваходнага (сігнальнага) светлавога пучка ў прысутнасці больш высокачашчыннай хвалі накачкі, з адначасовым утварэннем халасты хвалі;
* Параметрычная асцыляцыя — генерацыя сігнальнай і халастой хвалі з выкарыстаннем параметрычнага ўзмацняльніка ў рэзанатары (без уваходнага пучка);
* Параметрычная генерацыя святла — падобная параметрычнай асцыляцыі, аднак рэзанатар адсутнічае. Замест яго выкарыстоўваецца моцнае ўзмацненне святла;
* Спантаннае параметрычнае рассейванне — змяншэнне частоты святла пры яго праходжанні праз нелінейны аптычны крышталь;
* Электрааптычная палярызацыя (аптычнае выпростванне) — працэс генерацыі пастаяннага электрычнага поля пры праходжанні святла праз рэчыва;
* Чатыроххвалевае ўзаемадзеянне.
* Самаіндукаваная празрыстасць — з'ява рэзкага памяншэння страт энергіі пры праходжанні ўльтракароткіх манахраматычнага імпульсаў выпраменьвання
праз рэзанансную асяроддзе.

## Іншыя нелінейныя з'явы 
* Аптычны эфект Кера, які з'яўляецца залежнасцю паказчыка праламлення ад інтэнсіўнасці святла;
** Самафакусіроўка, самадэфакусіроўка;
** Фазавая самамадуляцыя;
** Сінхранізацыя мод, заснаваная на эфекце Кера (KLM);
** Частотная самамадуляцыя святла звышкароткіх светлавых імпульсаў;
** Аптычныя салітоны;
** Міжфазавая мадуляцыя;
** Чатыроххвалевае ўзаемадзеянне;
** Генерацыя артаганальнай палярызаванай хвалі — эфект узнікнення хвалі з палярызацыяй, перпендыкулярнай да вектару палярызацыі \vec E зыходнай хвалі;
** Узмацненне Рамана;
** Аптычнае аб'яднанне фазы.
* Рассейванне Мандэльштама — Брілюэна, якое з'яўляецца ўзаемадзеяннем аптычных фатонаў з акустычнымі фанонаў;
* Двухфатоннае паглынанне — адначасовае паглынанне двух фатонаў, якія перадаюць сваю сумарную энергію аднаму электрону;
* Множныя фотаіёнізацыя, квазіадначасны працэс выбівання мноства звязаных электронаў адным фатонам;
* Хаос у аптычных сістэмах

## Працэсы з зменай хвалі 
Адным з найбольш часта выкарыстоўваных працэсаў з змяненнем частот з'яўляецца генерацыя другой гармонікі. Гэта з'ява дазваляе пераўтварыць выходнае выпраменьванне лазера Nd: YAG лазера (1064 нм) або лазера на сапфір, легаваны тытанам (800 нм) у бачнае, з даўжынямі хваляў 532 нм (зялёнае) або 400 нм (фіялетавае), адпаведна.

На практыцы для рэалізацыі падваення частоты святла ў выходны пучок лазернага выпраменьвання ўсталёўваюць нелінейны аптычны крышталь, арыентаваны строга пэўным чынам. Звычайна выкарыстоўваюць крышталі β-барату барыю (BBO), KH2PO4 (KDP), KTiOPO4 (KTP) і ніябат літыя LiNbO3. Гэтыя крышталі маюць неабходныя ўласцівасці, якія задавальняюць умове сінхранізму (гл. ніжэй), маюць асаблівую крышталічную сіметрыю, а таксама з'яўляюцца празрыстымі ў дадзенай вобласці спектру і ўстойлівыя да лазернага выпраменьвання высокай інтэнсіўнасці. Аднак, існуюць арганічныя палімерныя матэрыялы, якія, магчыма, у будучыні змогуць выцесніць частку крышталёў, калі будуць больш танныя ў вырабе, больш надзейныя або будуць патрабаваць больш нізкіх напружанасцей палёў для ўзнікнення нелінейных эфектаў.

### Тэорыя 
Вялікая колькасць з'яў нелінейнай оптыкі могуць быць апісаны як працэсы са змешваннем частот. Калі наведзеныя дыпольныя моманты ў рэчыве неадкладна адсочваюць усе змены прыкладзенага электрычнага поля, то дыэлектрычная палярызацыя (дыпольны момант на адзінку аб'ёму) P(t) ў момант часу t ў асяроддзі можа быць запісаны ў выглядзе шэрагу па ступенях math> в момент времени t в среде может быть записан в виде ряда по степеням E:
: P(t) \propto \chi^{(1)} E(t) + \chi^{(2)} E^2(t) + \chi^{(3)} E^3(t) + \cdots
Тут, каэфіцыент \chi^{(n)} — нелінейная ўспрымальнасць асяроддзя n-га парадку.

## Літаратура 
* 
* 
* Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. / Главный редактор А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988.

Катэгорыя:Оптыка