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
P →
{\displaystyle {\vec {P}}}
на вектар напружанасці электрычнага поля
E →
{\displaystyle {\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:[1]
Да нелінейнай оптыцы адносяць цэлы шэраг фізічных з’яў:
праз рэзанансную асяроддзе.
Аптычны эфект Кера, які з’яўляецца залежнасцю паказчыка праламлення ад інтэнсіўнасці святла;
E →
{\displaystyle {\vec {E}}}
зыходнай хвалі;
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
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.
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 )
{\displaystyle P(t)}
ў момант часу
t
{\displaystyle t}
ў асяроддзі можа быць запісаны ў выглядзе шэрагу па ступенях math> в момент времени
t
{\displaystyle t}
в среде может быть записан в виде ряда по степеням
E
{\displaystyle E}
:
P ( t ) ∝
χ
( 1 )
E ( t ) +
χ
( 2 )
E
2
( t ) +
χ
( 3 )
E
3
( t ) + ⋯
{\displaystyle P(t)\propto \chi ^{(1)}E(t)+\chi ^{(2)}E^{2}(t)+\chi ^{(3)}E^{3}(t)+\cdots }
Тут, каэфіцыент
χ
( n )
{\displaystyle \chi ^{(n)}}
— нелінейная ўспрымальнасць асяроддзя
n
{\displaystyle n}
-га парадку.