Нелинейната оптика изучава оптичните ефекти, които възникват при взаимодействие на веществата с мощни светлинни снопове (108 – 1010 W/cm2), създавани сега от лазерите; обикновената (долазерна) оптика изучава явления, в които не се взема предвид мощността на светлинните снопове поради малката и стойност. Възходът на нелинейната оптика е тясно свързан с успехите на квантовата електроника.
Сергей Иванович Вавилов
(1891—1951). Съветски
физик, академик. Основни
научни трудове в
областта на физичната
оптика и луминесценцията.
Дава теоретично обяснение
на светенето на чисти
течности под влияние на
радиоактивното лъчение
(излъчване на Черенков).Рем Викторович Хохлов
(1926— 1977) е съветски
физик, академик, един
от създателите на
нелинейната оптика.
Лауреат на Ленинска
премия (1970).Нелинейното поляризиране
на веществото се дължи
на факта, че под
влиянието на мощни
светлинни снопове
трептенията на
електроните в атомите
престават да бъдат
хармонични.
Ефекти, изучавани сега в нелинейната оптика, са наблюдавани още в античния свят (използвани са слънчеви лъчи) — споменава се името на Херон Александрийски. Но физичните основи на тази наука са поставени едва през 30-те — 40-те години на XX в. Сред имената на физиците, които първи работят в тази област, особено трябва да се подчертае името на Сергей Иванович Вавилов, който и пръв въвежда термина нелинейна оптика. През 60-те години на XX в. нелинейната оптика започва бурно развитие, обусловено от появата на лазерите. През този период голям принос за развитието и дават изследванията на Рем Хохлов, както и на Питър Франкен и сътрудниците му, осъществили през 1961 г. генерацията на втора хармонична честота (удвояване на честотата) при облъчването на кварцов кристал с лъчение от рубинов лазер. През 1962 г. е осъществена генерацията на трета хармонична честота (утрояване на честотата) при облъчването на кристал от калцит. Това са едни от първите ефекти, основани изцяло на използването на лазерното лъчение. Удвояването, утрояването и т. н. на честотата имат особено голямо значение за техниката. В основата им лежи нелинейното поляризиране на веществото, осъществявано под влияние на мощното лазерно лъчение. Новите лъчи с по-висока честота носят в себе си от 30 до 50% от цялата разсейвана мощност, т. е. те са достатъчно силни и може да се използват. Друго интересно явление, характерно само за нелинейната оптика, е самофокусирането на лазерните лъчи, свързано с нелинейната зависимост на показателя на пречупване на светлината от интензивността на светлинния сноп. Тук присъства още една нелинейност — тази на средата, в която се разпространява самофокусиращият се лазерен лъч. Това явление дава надежди при търсенето на нови начини за предаване на енергия с възможно най-малки загуби.
А — лазерният лъч преминава през течността; Б — действието на нелинейната среда е еквивалентно на дей
Връзката между нелинейната поляризация и интензивността на светлинния сноп е причина и за някои други феномени, като просветляване и затъмняване на средата (наблюдавани още от Вавилов), многофотонно поглъщане и фотоефект, както и оптично детектиране. (Смисълът на това наименование е същият, както в електротехниката и радиотехниката, но тук съответно вместо променлив ток или поле на радиовълни има светлинно поле, което освен променлива предизвиква и постоянна поляризация на средата, следователно — и постоянно електрично поле; осъществява се в естествена среда, например кварцов кристал.)
Нелинейна среда — среда,
в която разпространението
на оптичното лъчение
зависи от интензивността
(частен случай е
нелинейният кристал).Някои среди, оптично
прозрачни за слабо
оптично лъчение, стават
непрозрачни за силно
лъчение (затъмняване на
средата). Наблюдава се
и обратният ефект
(просветляване на
средата). Основа на тези
процеси е многофотонното
поглъщане — когато в
елементарния акт на
взаимодействие на
светлинния лъч с
веществото се поглъща не
един, а два или повече
фотони.Светлинно поле —
пространствено
разпределение на
светлинните снопове.
Когато лазерно лъчение облъчва нелинеен кристал, който се върти в оптичен резонатор, създават се условия за генериране на плавно изменящо се светлинно лъчение. Създаденият на тази основа уред се нарича параметричен генератор и служи като източник на кохерентно светлинно лъчение с плавно изменение на дължината на вълната. Интересен е и ефектът, при който облъчваната с мощно лазерно лъчение нелинейна среда се превръща в параметричен генератор на звук. Така получените звукови трептения са сравнително мощни — до 10 kW, а честотата им достига една милиардна от херца.
Днес в нелинейната оптика се създават и реализират много идеи и открития, които, въплътени в съответни технически разработки, дават в ръцете на учените мощни средства за разкриване на природните тайни.
В България проблемите на нелинейната оптика са обект на внимание на учените и специалистите, които работят във ведомствени и академични институти, както и във ВУЗ-ове и във физическия факултет на СУ „Кл. Охридски“.