Optika linealaren eta optika ez-linealaren ikuspegi orokorra
Argiaren eta materiaren arteko elkarrekintzan oinarrituta, optika optika linealean (LO) eta optika ez-linealean (NLO) bana daiteke. Optika lineala (LO) optika klasikoaren oinarria da, argiaren elkarrekintza linealetan oinarritzen dena. Aldiz, optika ez-lineala (NLO) gertatzen da argiaren intentsitatea ez denean zuzenean proportzionala materialaren erantzun optikoarekin, batez ere distira handiko baldintzetan, hala nola laserretan.
Optika Lineala (LO)
LO-n, argiak materiarekin elkarreragiten du intentsitate baxuetan, normalean fotoi bat atomo edo molekula bakoitzeko inplikatuz. Elkarrekintza honek egoera atomikoaren edo molekularen distortsio minimoa eragiten du, bere egoera naturalean eta aldaezin mantenduz. LO-ren oinarrizko printzipioa da eremu elektriko batek eragindako dipolo bat zuzenean proportzionala dela eremuaren intentsitatearekin. Beraz, LO-k gainjartze eta batuketa printzipioak betetzen ditu. Gainjartze printzipioak dioenez, sistema bat uhin elektromagnetiko anitz jasaten dituenean, erantzun osoa uhin bakoitzaren erantzun indibidualen baturaren berdina da. Batuketak, era berean, erakusten du sistema optiko konplexu baten erantzun orokorra bere elementu indibidualen erantzunak konbinatuz zehaztu daitekeela. LO-n linealtasunak esan nahi du argiaren portaera konstantea dela intentsitatea aldatzen den heinean; irteera sarrerarekin proportzionala da. Gainera, LO-n, ez dago maiztasun nahasketarik, beraz, sistema horretatik igarotzen den argiak bere maiztasuna mantentzen du anplifikazioa edo fase aldaketa jasaten badu ere. LO-ren adibideen artean, argiaren eta oinarrizko elementu optikoen arteko elkarreragina dago, hala nola lenteak, ispiluak, uhin plakak eta difrakzio sareak.
Optika Ez-lineala (NLO)
NLO argi indartsuarekiko duen erantzun ez-linealagatik bereizten da, batez ere intentsitate handiko baldintzetan, non irteera sarrera-indarraren neurrigabea den. NLO-n, hainbat fotoik materialarekin elkarreragiten dute aldi berean, eta horrek argiaren nahasketa eta errefrakzio-indizearen aldaketak eragiten ditu. LO-n ez bezala, non argiaren portaera intentsitatea edozein dela ere koherentea den, efektu ez-linealak muturreko argi-intentsitateetan bakarrik agertzen dira. Intentsitate horretan, normalean argiaren interakzioak arautzen dituzten arauak, hala nola gainjartze-printzipioa, ez dira gehiago aplikatzen, eta hutsuneak berak ere modu ez-linealean joka dezake. Argiaren eta materiaren arteko interakzioaren ez-linealtasunak argi-maiztasun desberdinen arteko interakzioa ahalbidetzen du, eta horrek harmonikoen sorrera eta maiztasunen batura eta diferentzia sorrera bezalako fenomenoak sortzen ditu. Horrez gain, optika ez-linealak prozesu parametrikoak ditu, non argi-energia birbanatzen den maiztasun berriak sortzeko, anplifikazio eta oszilazio parametrikoetan ikusten den bezala. Beste ezaugarri garrantzitsu bat autofase-modulazioa da, non argi-uhin baten fasea bere intentsitatearen arabera aldatzen den – komunikazio optikoan funtsezko zeregina duen efektua.
Argi-materia elkarrekintzak optika linealean eta ez-linealean
LO-n, argiak material batekin elkarreragiten duenean, materialaren erantzuna zuzenean proportzionala da argiaren intentsitatearekiko. Aldiz, NLO-k argiaren intentsitateari ez ezik, modu konplexuagoetan ere erantzuten dioten materialak hartzen ditu barne. Intentsitate handiko argiak material ez-lineal bati eragiten dionean, kolore berriak sor ditzake edo argia modu ezohikoetan alda dezake. Adibidez, argi gorria argi berde bihur daiteke, materialaren erantzunak aldaketa proportzionala baino gehiago dakarrelako: maiztasunaren bikoizketa edo beste elkarrekintza konplexu batzuk barne har ditzake. Portaera honek ohiko material linealetan ikusten ez diren efektu optiko multzo konplexu bat sortzen du.
Teknika optiko lineal eta ez-linealen aplikazioak
LOk asko erabiltzen diren teknologia optiko sorta zabala hartzen du barne, besteak beste, lenteak, ispiluak, uhin-plakak eta difrakzio-sareak. Sistema optiko gehienetan argiaren portaera ulertzeko esparru sinple eta konputagarria eskaintzen du. Fase-aldatzaileak eta habe-banatzaileak bezalako gailuak maiz erabiltzen dira LOn, eta arloa LO zirkuituak nabarmendu diren punturaino eboluzionatu da. Zirkuitu hauek tresna multifuntzional gisa ikusten dira orain, mikrouhinen eta seinale optiko kuantikoen prozesamenduan eta konputazio-arkitektura bioheuristiko emergenteetan aplikazioak dituztela. NLO nahiko berria da eta hainbat arlo aldatu ditu bere aplikazio anitzen bidez. Telekomunikazioen arloan, funtsezko zeregina du zuntz optikoko sistemetan, datuen transmisio-mugak eragiten baititu laserren potentzia handitzen den heinean. Tresna analitikoek NLOtik etekina ateratzen dute mikroskopia-teknika aurreratuen bidez, hala nola mikroskopia konfokala, bereizmen handiko irudi lokalizatuak eskaintzen dituena. NLOk laserrak ere hobetzen ditu laser berriak garatzea ahalbidetuz eta propietate optikoak aldatuz. Erabilera farmazeutikorako irudi optikoen teknikak ere hobetu ditu, bigarren harmonikoen sorkuntza eta bi fotoiko fluoreszentzia bezalako metodoak erabiliz. Biofotonikan, NLOk ehunen irudi sakonak errazten ditu kalte minimoarekin eta markaketa gabeko kontraste biokimikoa eskaintzen du. Eremuak terahertz teknologia aurreratua du, periodo bakarreko terahertz pultsu biziak sortzea posible egiten duena. Optika kuantikoan, efektu ez-linealek komunikazio kuantikoa errazten dute maiztasun-bihurgailuak eta fotoi baliokide korapilatuak prestatuz. Horrez gain, NLOren Brillouin sakabanaketa-lanetan egindako berrikuntzek mikrouhinen prozesamenduan eta argi-fasearen konjugazioan lagundu zuten. Oro har, NLOk teknologiaren eta ikerketaren mugak gainditzen jarraitzen du hainbat diziplinatan.
Optika lineala eta ez-lineala eta haien inplikazioak teknologia aurreratuetan
Optikak funtsezko zeregina du bai eguneroko aplikazioetan bai teknologia aurreratuetan. LOak sistema optiko ohiko askoren oinarria eskaintzen du, eta NLOak, berriz, berrikuntza bultzatzen du telekomunikazioetan, mikroskopian, laser teknologian eta biofotonikan bezalako arloetan. NLOren azken aurrerapenek, batez ere bi dimentsioko materialekin lotuta, arreta handia jaso dute dituzten industria eta zientzia aplikazio potentzialengatik. Zientzialariek material modernoak ere aztertzen ari dira, hala nola puntu kuantikoak, propietate lineal eta ez-linealen analisi sekuentzialaren bidez. Ikerketak aurrera egin ahala, LO eta NLOren ulermen konbinatua funtsezkoa da teknologiaren mugak gainditzeko eta zientzia optikoaren aukerak zabaltzeko.
Argitaratze data: 2024ko azaroaren 11a