ภาพรวมของเลนส์เชิงเส้นและไม่เชิงเส้น

ภาพรวมของเลนส์เชิงเส้นและเลนส์ไม่เชิงเส้น

ขึ้นอยู่กับการทำงานร่วมกันของแสงกับสสารสามารถแบ่งออกเป็นทัศนศาสตร์เชิงเส้น (LO) และเลนส์ไม่เชิงเส้น (NLO) Linear Optics (LO) เป็นรากฐานของเลนส์คลาสสิกโดยมุ่งเน้นไปที่การโต้ตอบเชิงเส้นของแสง ในทางตรงกันข้ามออพติกไม่เชิงเส้น (NLO) เกิดขึ้นเมื่อความเข้มแสงไม่ได้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับการตอบสนองทางแสงของวัสดุโดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะแสงแวววาวเช่นเลเซอร์

เลนส์เชิงเส้น (LO)
ใน LO แสงจะโต้ตอบกับสสารที่ความเข้มต่ำโดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับโฟตอนต่ออะตอมหรือโมเลกุล ปฏิสัมพันธ์นี้ส่งผลให้เกิดการบิดเบือนน้อยที่สุดของสถานะอะตอมหรือโมเลกุลที่เหลืออยู่ในสภาพธรรมชาติที่ไม่ถูกรบกวน หลักการพื้นฐานใน LO คือไดโพลที่เกิดจากสนามไฟฟ้านั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแรงของสนาม ดังนั้น LO จึงเป็นไปตามหลักการของการซ้อนทับและการเติมเต็ม หลักการซ้อนทับระบุว่าเมื่อระบบอยู่ภายใต้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหลายตัวการตอบสนองทั้งหมดจะเท่ากับผลรวมของการตอบสนองของแต่ละบุคคลต่อแต่ละคลื่น ความหลากหลายในทำนองเดียวกันแสดงให้เห็นว่าการตอบสนองโดยรวมของระบบออพติคอลที่ซับซ้อนสามารถกำหนดได้โดยการรวมการตอบสนองขององค์ประกอบส่วนบุคคล ความเป็นเส้นตรงใน LO หมายความว่าพฤติกรรมแสงคงที่เมื่อการเปลี่ยนแปลงความเข้ม - เอาต์พุตเป็นสัดส่วนกับอินพุต นอกจากนี้ใน LO ไม่มีการผสมความถี่ดังนั้นแสงที่ผ่านระบบดังกล่าวยังคงรักษาความถี่แม้ว่าจะผ่านการขยายหรือปรับเปลี่ยนเฟส ตัวอย่างของ LO รวมถึงการทำงานร่วมกันของแสงกับองค์ประกอบแสงพื้นฐานเช่นเลนส์กระจกแผ่นคลื่นและการเลี้ยวเบน

ออพติกไม่เชิงเส้น (NLO)
NLO มีความแตกต่างจากการตอบสนองแบบไม่เชิงเส้นต่อแสงที่แข็งแกร่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะความเข้มสูงที่เอาต์พุตไม่สมส่วนกับความแข็งแรงของอินพุต ใน NLO โฟตอนหลายตัวโต้ตอบกับวัสดุในเวลาเดียวกันส่งผลให้เกิดการผสมของแสงและการเปลี่ยนแปลงในดัชนีการหักเหของแสง ซึ่งแตกต่างจาก LO ที่พฤติกรรมแสงยังคงสอดคล้องกันโดยไม่คำนึงถึงความรุนแรงผลกระทบที่ไม่เชิงเส้นจะปรากฏชัดเจนที่ความเข้มแสงที่รุนแรง ด้วยความเข้มนี้กฎที่ควบคุมการมีปฏิสัมพันธ์แบบแสงเช่นหลักการซ้อนทับไม่ได้ใช้อีกต่อไปและแม้แต่สูญญากาศเองก็อาจทำตัวไม่เป็นเชิงเส้นอย่างไม่เชิงเส้น ความไม่เชิงเส้นในการทำงานร่วมกันระหว่างแสงและสสารช่วยให้การมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างความถี่แสงที่แตกต่างกันส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์เช่นการสร้างฮาร์มอนิกและการสร้างความถี่ผลรวมและความแตกต่าง นอกจากนี้เลนส์แบบไม่เชิงเส้นยังรวมถึงกระบวนการพารามิเตอร์ที่พลังงานแสงถูกแจกจ่ายซ้ำเพื่อสร้างความถี่ใหม่ดังที่เห็นในการขยายพารามิเตอร์และการแกว่ง คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือการปรับเฟสด้วยตนเองซึ่งเฟสของคลื่นแสงจะเปลี่ยนไปตามความเข้มของตัวเอง-เอฟเฟกต์ที่มีบทบาทสำคัญในการสื่อสารด้วยแสง

การโต้ตอบกับเสียงอ่อนในเลนส์เชิงเส้นและไม่เชิงเส้น
ใน LO เมื่อแสงโต้ตอบกับวัสดุการตอบสนองของวัสดุจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของแสง ในทางตรงกันข้าม NLO เกี่ยวข้องกับวัสดุที่ไม่เพียง แต่ตอบสนองต่อความเข้มของแสงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวิธีที่ซับซ้อนมากขึ้น เมื่อแสงที่มีความเข้มสูงกระทบกับวัสดุที่ไม่เชิงเส้นมันสามารถสร้างสีใหม่หรือเปลี่ยนแสงในรูปแบบที่ผิดปกติ ตัวอย่างเช่นแสงสีแดงอาจถูกแปลงเป็นแสงสีเขียวเนื่องจากการตอบสนองของวัสดุเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนมากกว่าเพียงแค่มันอาจรวมถึงความถี่เป็นสองเท่าหรือการโต้ตอบที่ซับซ้อนอื่น ๆ พฤติกรรมนี้นำไปสู่ชุดของเอฟเฟกต์แสงที่ซับซ้อนที่ไม่เห็นในวัสดุเชิงเส้นธรรมดา

แอปพลิเคชันของเทคนิคการใช้แสงเชิงเส้นและไม่เชิงเส้น
Lo ครอบคลุมเทคโนโลยีออพติคอลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายหลากหลายรวมถึงเลนส์กระจกแผ่นคลื่นและการเลี้ยวเบน มันมีกรอบการทำงานที่ง่ายและคำนวณได้สำหรับการทำความเข้าใจพฤติกรรมของแสงในระบบออพติคอลส่วนใหญ่ อุปกรณ์ต่าง ๆ เช่นตัวเปลี่ยนเฟสและตัวแยกลำแสงมักใช้ใน LO และสนามได้พัฒนาไปจนถึงจุดที่วงจร LO ได้รับความโดดเด่น ตอนนี้วงจรเหล่านี้ถูกมองว่าเป็นเครื่องมืออเนกประสงค์พร้อมแอพพลิเคชั่นในพื้นที่เช่นไมโครเวฟและการประมวลผลสัญญาณออปติคัลควอนตัมและสถาปัตยกรรมการคำนวณทางชีวภาพที่เกิดขึ้นใหม่ NLO ค่อนข้างใหม่และมีการเปลี่ยนแปลงสาขาต่าง ๆ ผ่านแอพพลิเคชั่นที่หลากหลาย ในด้านการสื่อสารโทรคมนาคมมีบทบาทสำคัญในระบบไฟเบอร์ออปติกส่งผลกระทบต่อขีด จำกัด การส่งข้อมูลเมื่อพลังงานเลเซอร์เพิ่มขึ้น เครื่องมือวิเคราะห์ได้รับประโยชน์จาก NLO ผ่านเทคนิคการใช้กล้องจุลทรรศน์ขั้นสูงเช่นกล้องจุลทรรศน์ confocal ซึ่งให้การถ่ายภาพความละเอียดสูงและแปลเป็นภาษาท้องถิ่น NLO ยังช่วยเพิ่มเลเซอร์ด้วยการพัฒนาเลเซอร์ใหม่และปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางแสง นอกจากนี้ยังมีการปรับปรุงเทคนิคการถ่ายภาพด้วยแสงสำหรับการใช้ยาโดยใช้วิธีการเช่นการสร้างฮาร์โมนิกที่สองและการเรืองแสงสองโฟตอน ใน biophotonics NLO อำนวยความสะดวกในการถ่ายภาพเนื้อเยื่ออย่างลึกซึ้งด้วยความเสียหายน้อยที่สุดและให้ความคมชัดทางชีวเคมีฟรี สนามมีเทคโนโลยี Terahertz ขั้นสูงทำให้สามารถสร้างพัลส์ Terahertz ระยะเวลาเดียวที่รุนแรง ในเลนส์ควอนตัมเอฟเฟกต์ไม่เชิงเส้นช่วยให้การสื่อสารควอนตัมผ่านการเตรียมตัวแปลงความถี่และเทียบเท่าโฟตอนที่พันกัน นอกจากนี้นวัตกรรมของ NLO ในการกระเจิงของ Brillouin ช่วยในการประมวลผลไมโครเวฟและการผันเฟสแสง โดยรวมแล้ว NLO ยังคงผลักดันขอบเขตของเทคโนโลยีและการวิจัยในหลายสาขาวิชา

เลนส์เชิงเส้นและไม่เชิงเส้นและผลกระทบของพวกเขาสำหรับเทคโนโลยีขั้นสูง
Optics มีบทบาทสำคัญในทั้งแอปพลิเคชันทุกวันและเทคโนโลยีขั้นสูง LO เป็นพื้นฐานสำหรับระบบออพติคอลทั่วไปจำนวนมากในขณะที่ NLO ขับเคลื่อนนวัตกรรมในด้านต่าง ๆ เช่นโทรคมนาคม, กล้องจุลทรรศน์, เทคโนโลยีเลเซอร์และชีวโฟโตนิกส์ ความก้าวหน้าล่าสุดใน NLO โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพวกเขาเกี่ยวข้องกับวัสดุสองมิติได้รับความสนใจเป็นอย่างมากเนื่องจากการใช้งานทางอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ที่มีศักยภาพ นักวิทยาศาสตร์ยังสำรวจวัสดุที่ทันสมัยเช่นจุดควอนตัมโดยการวิเคราะห์ตามลำดับของคุณสมบัติเชิงเส้นและไม่เชิงเส้น ในฐานะที่เป็นความก้าวหน้าในการวิจัยความเข้าใจร่วมกันของ LO และ NLO นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลักดันขอบเขตของเทคโนโลยีและขยายความเป็นไปได้ของวิทยาศาสตร์แสง