makalah optika non linier klp 7

50
MAKALAH OPTIK OPTIK NON-LINEAR Disusun untuk tugas mata kuliah Optik OLEH : KELOMPOK : 7 (Taqi al-Din) NAMA : 1. 06121011012 MUHAMMAD SODIK 2. 06121011020 HELSY DINAFITRI 3. 06121011025 YULIANA PUSPITASARI 4. 06121011034 ASMARANI 5. 06121011038 DARYATUN 6. 06121011044 MELINDA MAHARANI DOSEN PENGAMPU : APIT FATHURROHMAN, S.Pd., M.Si. PROGAM STUDI : PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2015

Upload: helsy-dinafitri-ii

Post on 27-Sep-2015

372 views

Category:

Documents


42 download

DESCRIPTION

hghghh

TRANSCRIPT

MAKALAH OPTIKOPTIK NON-LINEARDisusun untuk tugas mata kuliah Optik

OLEH :KELOMPOK : 7 (Taqi al-Din)NAMA:1. 06121011012 MUHAMMAD SODIK2. 06121011020 HELSY DINAFITRI3. 06121011025 YULIANA PUSPITASARI4. 06121011034 ASMARANI5. 06121011038 DARYATUN6. 06121011044 MELINDA MAHARANI

DOSEN PENGAMPU: APIT FATHURROHMAN, S.Pd., M.Si.PROGAM STUDI: PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKANUNIVERSITAS SRIWIJAYA2015

OPTIK NON-LINIERMuhammad Sodik1 , Helsy Dinafitri2, Yuliana Puspitasari3, Asmarani4, Daryatun5 , Melinda Maharani6NIM: 1. 06121011012; 2. 06121011020; 3. 06121011025; 4. 06121011034; 5. 06121011038 ;6. 06121011044Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan PMIPA, Universitas SriwijayaIndralaya, Sumatra Selatan, Indonesia 30662

ABSTRAKOptik nonlinier adalah ilmu pengetahuan modern terbaru yang berhubungan dengan fenomena fisika yang terjadi akibat medan yang ditimbulkan oleh laser. Teknologi ini dinamakan teknologi fotonik sebagai pengganti teknologi elektronik untuk memperoleh, menyimpan, menyiapkan, mengirim dan memproses informasi. Dalam hal ini yang meliputi optik non linier yaitu rambatan gelombang dan kekekalan momentum, medium linier, polarisasi non linier, pembangkitan harmonik kedua, kecocokan phasa, jumlah dan selisih generasi frekuensi, osilasi parametrik, pengaturan fokus cahaya sendiri, pembangkitan raman dalam jumlah kecil, fenomena optik serta aplikasi optik nonlinier dalam teknologi.

Kata kunci:optik, optik nonlinier, aplikasi optik non-linier

1. PENDAHULUANOptik nonlinier adalah ilmu pengetahuan modern terbaru yang berhubungan dengan fenomena fisika yang terjadi akibat medan yang ditimbulkan oleh laser. Teknologi ini dinamakan teknologi fotonik sebagai pengganti teknologi elektronik untuk memperoleh, menyimpan,menyiapkan, mengirim dan memproses informasi. Nonlinear optik adalah bagian dari teori elektromagnetik maxwell yang memeriksa persamaan untuk gelombang dalam kisaran optik spektrum frekuensi (10e12-10e16hz) di media khusus yang nonlinier sebagai respons. Bahan tertentu memiliki karakteristik khusus yang ketika mencoba untuk memecahkan persamaan maxwell bagi mereka (mengambil dalam catatan sifat-sifat material) evolusi gelombang tergantung pada amplitudo awal. Sebagian besar fenomena nonlinear disebabkan oleh "sifat khusus" dari vektor bidang polarisasi material. Pada dasarnya, ini kembali ke respon dari atom dari bahan khusus untuk gelombang elektromagnetik dan secara matematis itu berperan itu sendiri dalam ketergantungan indeks bias materi pada amplitudo medan listrik gelombang. Linear atau non linier optik tergantung pada kekuatan optik operasi yang masuk ke dalam serat ketika kita sedang bekerja pada optik linier, kita operasi rendah daya optik. Optik linier dibatasi oleh level daya ambang, jika kita meningkatkan daya optik kami akan bekerja pada non linier optik. Ada dua batas biasanya digunakan pada sistem optik. Hamburan dan ramman hamburan brillouin. Kedua ambang batas yang ditentukan oleh diameter fiber optik, sumber cahaya bandwidth, cahaya yang panjang gelombang.Laser menghasilkan radiasi koheren di banyak panjang gelombang mulai dari meteran daerah panjang gelombang dengan lembut daerah sinar - x . Namun, tidak mungkin untuk menghasilkan cahaya yang mencakup semua panjang gelombang yang menarik terlepas dari fakta bahwa sejumlah besar bahan aktif yang tersedia dan laser dapat dibangun menggunakan mereka . Hal ini menjadi , oleh karena itu, diperlukan untuk mengubah frekuensi cahaya yang dihasilkan oleh laser menjadi cahaya dari frekuensi yang diinginkan . Media optik nonlinier membantu kita menghasilkan frekuensi yang tidak tersedia , melalui teknik konversi frekuensi . Generasi harmonik , jumlah dan frekuensi generasi perbedaan dan osilasi parametrik adalah beberapa proses nonlinier penting yang digunakan dalam menghasilkan wavelenghts baru . Proses seperti generasi harmonik kedua , jumlah dan konversi perbedaan frekuensi , osilasi parametrik berhubungan dengan media passivw yang tidak membuat jelas frekuensi karakteristik mereka sendiri . Dirangsang hamburan raman muncul dalam media aktif yang memaksakan frekuensi karakteristik mereka pada gelombang cahaya . Dalam bab ini kita memperkenalkan diri dengan metode proses nonlinier.Konsep komputer optik, proses sinyal optik dan gambaran analisis sedang dikembangkan dengan menggunakan proses optik nonlinier sebagai konversi frekuensi, modulasi cahaya, optical switching, optical logic, penyimpan memori optik, dan optical limiter function. Fenomena optika non linier diakibatkan karena dua gelombang tidak lagi hanya saling berinteraksi, dalam artian cahaya satu berinteraksi dengan cahaya yang lainnya menghasilkan pola-pola interferensi, akan tetapi juga berinteraksi dengan medium yang dilaluinya. Jika sebuah gelombang elektromagnetik terpolarisasi melewati bahan-bahan tertentu, maka bidang polarisasinya terputar. Rotasi bidang polarisasi ini disebut aktivitas optis. Untuk lebih memajukan kinerja perangkat optik , bahan dengan sifat optik nonlinear ditingkatkan, termasuk semikonduktor anorganik, sistem polimer dan molekul organik lainnya. Yang terakhir, khususnya sangat menarik karena mereka menyajikan sifat optik nonlinier tinggi dikombinasikan dengan fleksibilitas dari rute yang tersedia sintesis, digunakan untuk mengubah dan mengoptimalkan struktur molekul untuk memaksimalkan respon nonlinier dan properti lainnya. Untuk memilih bahan untuk aplikasi tertentu , penting untuk mengkarakterisasi penyerapan optik nonlinier dalam berbagai spektrum yang luas , dalam rangka untuk memilih panjang gelombang eksitasi dioptimalkan . Optik non-linier, photonics dan laser fisika berfokus pada memperluas aplikasi photonics - studi dan penerapan perangkat yang memanipulasi, mengirim dan menyimpan data dengan menggunakan cahaya tampak atau radiasi. Sebagian besar pekerjaan kita terlihat untuk menghasilkan sumber-sumber baru cahaya menggunakan interaksi cahaya dengan dirinya sendiri (optik nonlinier). Sumber-sumber baru memiliki aplikasi dalam telekomunikasi , sensor dan pencitraan , dan juga kepentingan intrinsik yang cukup . Kepentingan penelitian kelompok saat ini meliputi laser serat , penginderaan optik untuk aplikasi medis , generasi sisir frekuensi , denyut nadi membentuk , laser vibrometry dan banyak lagi .

2. TUJUAN PEMBELAJARANSetelah membaca makalah ini, diharapkan: Melalui diskusi kelompok mahasiswa dapat menjelaskan pengertian optik non-linier. Melalui diskusi kelompok mahasiswa dapat memahami polarisasi non-linier Melalui diskusi kelompok mahasiswa dapat menjelaskan fenomena optik non-linier. Melalui diskusi kelompok mahasiswa dapat menjelaskan aplikasi optik non-linier dalam teknologi di kehidupan sehari-hari.

3. INDIKATORMahasiswa dapat: Menjelaskan pengertian optik non-linier. Memahami polarisasi non-linier Menjelaskan fenomena optik non-linier. Menjelaskan aplikasi optik non-linier dalam teknologi di kehidupan sehari-hari.

4. OPTIK NONLINIEROptik nonlinier adalah ilmu pengetahuan modern terbaru yang berhubungan dengan fenomena fisika yang terjadi akibat medan yang ditimbulkan oleh laser. Teknologi ini dinamakan teknologi fotonik sebagai pengganti teknologi elektronik untuk memperoleh, menyimpan, menyiapkan, mengirim dan memproses informasi. Konsep komputer optik, proses sinyal optik dan penggambaran analisis sedang dikembangkan dengan menggunakan proses optik nonlinier sebagai konversi frekuensi, modulasi cahaya, optical switching, optical logic, penyimpan memori optik, dan fungsi optik terbatas.

Material-material optik nonlinier yang dipakai saat ini dalam fabrikasi devais-devais fotonik pasif dan aktif adalah kristal-kristal anorganik yang bersifat feroelektrik misalnya kristal kalium dideterium pospat(kdp) untuk pengganda frekuensi laser, kristal lithium niobat(linbo3) untuk modulator elektrooptik dan kristal barium titanat(batio3) untuk aplikasi konjugasi fasa. Meskipun teknologi penumbuhan kristal untuk material-material ini berkembang jauh dan optik nonlinieritasnya cukup untuk kebanyakan aplikasi fotonik, namun material-material ini mempunyai kelakuan yang tak menguntungkan; misalnya harus dalam bentuk kristal tunggal. Hal lain yang lebih sulit diatasi adalah bahwa kristal-kristal itu dalamoptical switchingmasih terlalu lambat. Keterbatasan-keterbatasan ini memaksa orang untuk mencari material baru yang tepat dalam aplikasinya. Material-material organik merupakan kandidat bagi optik nonlinier karena beberapa alasan :1. Waktu respon sangat cepat.2. Suseptibilitas off-resonance sama atau lebih besar dari pada kristal organik.3. Mudah difabrikasi.4. Mudah diintegrasikan di dalam devais.5. Ambang kerusakannya terhadap laser cukup tinggi6. Harganya relatif lebih murah.

Namun demikian, hingga saat ini masih harus dilakukan riset untuk pengembangannya. Beberapa aspek yang menjadi obyek riset dalam optik nonlinier antara lain adalah :1. Pemahaman tentang proses optik nonlinier.2. Kaitan antara proses optik nonlinier dan struktur material.3. Rekayasa dan sintesis material untuk memperoleh sifat-sifat termal dan mekanik serta stabilitas terhadap cahaya yang baik.

Sejarah perkembangan optika nonlinearBerikut ini adalah beberapa kemajuan penting dalam bidang optik nonlinier: Penemuan laser oleh towness (1960) Pengamatan pertama mengenai efek optik nonlinier pada gerak harmonik orde kedua oleh frenken (1961). Pengamatan pertama mengenai efek optik nonlinier pada gerak harmonik orde kedua oleh terhune (1962). Demonstrasi pertama untuk simulasi penghamburan raman, e. J. Woodbury dan w. K. Ng (1962). Prediksi teoritis pertama mengenai generasi solition dalam fiber optik. H. M. Gibbs (1976), demonstrasi pertama untuk menjelaskan bistability optik. L. F. Mollenaure (1980), konfirmasi pertama mengenai generasi solition dalam fiber optik.

Sepanjang sejarah ilmu optik dan hingga munculnya relativitas, semua media optik dianggap linier. Konsekuensi dari asumsi ini adalah : Sifat optik dari bahan, seperti indeks bias dan koefisien absorpsi, independen terhadap intensitas cahaya. Prinsip superposisi, prinsip dasar optik klasik, berlaku. Frekuensi cahaya tidak pernah diubah oleh perjalanan melalui media. Dua berkas cahaya di daerah yang sama dari media tidak berpengaruh pada satu sama lain sehingga cahaya tidak dapat digunakan untuk mengontrol cahaya yang lain.

Operasi laser pertama pada tahun 1960 memungkinkan kami untuk mengkaji perilaku cahaya dalam bahan optik pada intensitas yang lebih tinggi dari sebelumnya. Percobaan dilakukan di era pasca-laser yang jelas menunjukkan bahwa media optik pada kenyataannya menunjukkan perilaku nonlinear, sebagaimana dicontohkan oleh pengamatan berikut: Indeks bias, dan kecepatan cahaya dalam bahan optik nonlinear , tidak tergantung pada intensitas cahaya. Prinsip superposisi dilanggar dalam bahan optik nonlinear. Frekuensi cahaya diubah saat melewati bahan optik nonlinear; misalnya, cahaya dapat berubah dari merah ke biru. Foton yang berinteraksi dalam batas-batas dari bahan optik nonlinear, sehingga cahaya memang bisa digunakan untuk mengontrol cahaya lainnya.Bidang optik nonlinier menawarkan sejumlah fenomena menarik , yang sangat berguna . Perilaku optik nonlinier tidak diamati ketika cahaya perjalanan di ruang bebas. Optik " nonlinier " berada dalam medium yang melalui perjalanan cahaya , bukan di cahaya itu sendiri . Interaksi cahaya dengan cahaya karena itu dimediasi oleh bahan nonlinier: adanya medan optik memodifikasi sifat-sifat medium tersebut, yang pada gilirannya menyebabkan bidang lain di optik, atau bahkan bidang lain yang tersendiri, untuk dimodifikasi. Sebagaimana, sifat-sifat bahan dielektrik melalui yang merambatkan gelombang elektromagnetik optik dijelaskan oleh hubungan antarapolarisasi - density vektor p ( r , t ) dan listrik - medan vektor e ( r , t ) . Memang hal ini berguna untuk melihat p ( r , t ) sebagai output dari sistem yang input adalah e ( r , t ).

Hubungan matematika antara fungsi vektor p ( r , t ) dan e ( r , t ) , yang diatur oleh karakteristik media, mendefinisikan sistem. Media dikatakan nonlinier jika hubungan ini tidak linier. Dalam bab ini, media dielektrik yang diklasifikasikan lebih lanjut berhubungan dengan dispersifitas mereka, yaitu homogenitas, dan isotropi. Untuk fokus pada efek utama bunga - nonlinier - bagian pertama dari eksposisi kami dibatasi untuk media yang adalah nondispersive, homogen, dan isotropik. Vektor p dan e secara konsekuen paralel di setiap posisi dan waktu dan karenanya dapat diperiksa pada komponen-bycomponent dasar.

Teori optik nonlinier dan aplikasinya disajikan pada dua tingkat. Suatu pendekatan yang disederhanakan disediakan dalam detik. Hal ini diikuti oleh lebih rinci analisis fenomena yang sama oleh persamaan gelombang optik nonlinier. Propagasi cahaya dalam media ditandai dengan orde kedua (kuadrat) nonlinear hubungan antara p dan e. Aplikasi termasuk penggandaan frekuensi gelombang monokromatik (generasi kedua-harmonik), pencampuran dua gelombang monokromatik untuk menghasilkan gelombang ketiga pada jumlah mereka atau frekuensi perbedaan (konversi frekuensi), penggunaan dua gelombang monokromatik untuk memperkuat gelombang ketiga (parametrik amplifikasi), dan penggabungan umpan balik dalam perangkat parametrik-amplifikasi untuk membuat sebuah osilator (osilasi parametrik).

5. PERAMBATAN GELOMBANG DAN KEKEKALAN MOMENTUMPerambatan gelombang datar melalui ruang vakum dalam arah umum diwakili oleh persamaan: (4.1)

Dimana adalah vektor yang menunjukkan arah rambatan gelombang. dapat dituliskan sebagai :(4.2)

Saat suatu cahaya berinteraksi dengan sebuah bahan isotropik, hal itu akan terkena dampak yang sama cara apa pun mungkin arah balok terhadap bahan. Oleh karenanya, indeks bias setiap material adalah sama untuk setiap arah dan kecepatannya melewati bahan juga sama pada setiap arah. Selama besarnya berhubungan dengan , , dan , semuanya sama-sama dalam kasus ksristal isotropik. Dalam kasus bukan kristal isotropik, balok cahaya mengalami indeks pembiasan yang berbeda dalam arah yang berbeda dan kecepatan perambatan yang berbeda. Dengan demikian, komonen akan memiliki nilai yang berbeda dalam arah yang berbeda.

Jika kita meninjau deskripsi dari balok cahaya foton, kita mengetahui bahwa momentum dan panjang gelombang dari sebuah foton ditunjukkan pada perseamaan berikut:

(4.3)

Momentum adalah sebuah vektor jumlah dan oleh karena itu kita tuliskan dalam bentuk persamaan vector

(4.4)

Dimana adalah vektor yang didefinisikan sebagai arah perambatan gelombang yang diasosiasikan sebagai foton.

Ketika sebuah sinar dari cahaya melewati udara ke sebuah kristal, momentum dari gelombangnya harus dijaga pada antarmuka dua medium. Hal itu, mengharuskan komponen normal dan komponen paralel dari momentum harus terpisah pada batas. Oleh karena itu, tidak dapat tiba-tiba meloncat atau berubah dalam transver momentum dari sebuah gelombang sebagai sinar yang masuk ke dalam medium. Dalam pandangan dari realisai persamaan , itu berarti bahwa komponen transver komponen dari tidak harus berubah secara tiba-tiba pada batas.

6. MEDIUM LINIERSebuah media linear adalah media yang dimaksudkan untuk ditulis atau diakses secara linear, secara harfiah berarti dalam satu baris. Ini berarti bahwa informasi yang ditulis ke atau dibaca dari media dalam urutan tertentu, jadi misalnya sebuah buku yang berisi novel dimaksudkan untuk dibaca dari depan ke belakang, awal sampai akhir, dan karena itu adalah media linear. Ini dapat ditulis dengan cara yang sama, tapi belum tentu perlu, untuk dianggap sebagai media linear. Sebuah buku yang berisi ensiklopedia namun merupakan media non-linear, karena tidak diperlukan untuk artikel yang akan diakses (atau ditulis) dalam urutan tertentu. Meskipun kedua non-linear dan media linier memiliki batas-batas yang mereka dibatasi, media linier memiliki jalur set bagaimana untuk mendapatkan dari titik a ke titik b, sedangkan media non-linear tidak. Contoh teknologi adalah kaset video pra-rekaman yang biasanya diakses satu item demi satu, dibandingkan dengan dvd pra-rekaman yang dapat diakses dalam urutan apapun.

Tipe-tipenya:a. Penyimpanan data pita magnetik Pita magnetik penyimpanan data adalah sistem untuk menyimpan informasi digital pada pita magnetik menggunakan rekaman digital. Pita magnetik modern ini paling sering dikemas dalam cartridge dan kaset. Perangkat yang melakukan penulisan aktual atau membaca data adalah tape drive. Autoloaders dan tape libraries mengotomatisasi penanganan cartridge.

Gambar 5.1b. Pita kertas Punched tape atau pita kertas berlubang adalah bentuk penyimpanan data, yang terdiri dari strip panjang kertas di mana lubang menekan untuk menyimpan data. Sekarang secara efektif usang, secara luas digunakan selama sebagian besar abad kedua puluh untuk komunikasi teleprinter, untuk input ke komputer dari tahun 1950-an dan 1960-an, dan kemudian sebagai media penyimpanan untuk minicomputer dan peralatan mesin cnc.

Gambar 5.2

c. Film fotografiFilm fotografi adalah strip atau lembaran transparan film dasar plastik yang dilapisi di satu sisi dengan emulsi gelatin mengandung kristal peka cahaya perak halida mikroskopis kecil. Ukuran dan karakteristik lain dari kristal menentukan sensitivitas, kontras dan resolusi film. Emulsi secara bertahap akan gelap jika dibiarkan terkena cahaya, namun proses ini terlalu lambat dan tidak lengkap untuk setiap penggunaan praktis. Sebaliknya, eksposur yang sangat singkat untuk bayangan yang dibentuk oleh lensa kamera digunakan untuk menghasilkan hanya perubahan kimia yang sangat sedikit, sebanding dengan jumlah cahaya yang diserap oleh masing-masing kristal. Ini menciptakan sebuah gambar laten yang tak terlihat dalam emulsi yang dapat kimia dikembangkan menjadi sebuah foto sepenuhnya terlihat

Gambar 5.3

Sebuah medium dielektrik linier ditandai oleh hubungan linier antara polarisasi kepadatan dan medan listrik , , di mana adalah permitivitas ruang bebas dan adalah kerentanan listrik medium (lihat sec . 5.2a ) . Sebuah dielektrik nonlinear media , di sisi lain , ditandai dengan hubungan nonlinear antara p dan e (lihat sec . 5.2b ) , seperti yang diilustrasikan pada gambar . 5.1 .nonlinier mungkin asal mikroskopik atau makroskopik . Polarisasi massa jenis p = np adalah produk dari individu momen dipol p disebabkan oleh diterapkan medan listrik e dan kepadatan jumlah dipole momen n. Perilaku nonlinier dapat berada baik dalam p atau n.

Gambar 5.4 Hubungan untuk (a) medium listrik linier dan (b) medium non linier

Hubungan antara p dan e adalah linear ketika e kecil, tapi menjadi nonlinier ketikae memperoleh nilai sebanding dengan medan listrik interatomik , yang biasanya ~ 105- 108 v / m . Hal ini dapat dipahami dari segi model lorentz sederhana di mana momen dipol adalah p = - ex , di mana x adalah perpindahan massa dengan muatan - e untuk mana listrik tenaga - ee diterapkan . Jika gaya elastis menahan sebanding dengan perpindahan (yaitu , jika hukum hooke puas ), kesetimbangan perpindahan x sebanding dengan e. Dalam hal p sebanding dengan e dan menengah adalah linear . Namun, jika gaya penahanan adalah fungsi nonlinear dari perpindahan , keseimbangan perpindahan x dan kepadatan polarisasi p adalah fungsi nonlinear e dan , akibatnya , media adalah nonlinear . Dinamika saat sebuah harmonic model osilator menggambarkan media dielektrik dengan fitur ini.Lain yang mungkin asal respon nonlinier dari bahan optik cahaya adalah ketergantungan kepadatan nomor n di bidang optik . Contoh disediakan oleh sebuah medium laser di mana jumlah atom menempati tingkat energi yang terlibat dalam penyerapan dan emisi cahaya tergantung pada intensitas cahaya itu sendiri. Karena medan listrik optik eksternal diterapkan biasanya kecil di bedakan dengan interatomik atau kristal bidang karakteristik , bahkan ketika sinar laser terfokus digunakan , nonlinier biasanya lemah . Hubungan antara p dan e kemudian sekitar linier untuk e kecil , hanya sedikit menyimpang dari linearitas sebagai e meningkat ( lihat gambar . 21,1 - 1 ) . Dalam keadaan ini , fungsi yang berhubungan p e dapat diperluas dalam deret taylor tentang e = 0,

(5.1)

Dan itu sudah cukup untuk hanya menggunakan beberapa istilah. Koefisien a1, a2, a3 dan adalah yang pertama, kedua, dan turunan ketiga dari p sehubungan dengan e, dievaluasi di e = 0. Koefisien ini adalah konstanta karakteristik dari medium. Istilah pertama, yaitu linear, mendominasi di e. Kecil jelas, a1 = o, dimana adalah kerentanan linear, yang berhubungan dengan konstanta dielektrik dan indeks bias bahan oleh [lihat (5,2-11)]. Istilah kedua merupakan nonlinier kuadrat atau orde kedua, istilah ketiga merupakan nonlinier orde ketiga, dan seterusnya. Ini adalah kebiasaan untuk menulis (21,1-1) dalam bentuk

(5.2)

7. POLARISASI NONLINIERKetika kekuatan medan listrik yang digunakan tinggi, maka p tidak dapat meningkat secara linear tanpa batas dengan e dan menjadi jenuh. Oleh karena itu, kita dapat mengantisipasi perilaku nonlinier p pada kekuatan medan yang sangat tinggi. Laser menghasilkan cahaya dari kekuatan medan dari 107 - 1011 v / m, yang dari urutan kekuatan bidang atom. Oleh karena itu, cahaya yang kuat dari laser adalah dalam posisi yang menyebabkan nonlinier p dan mempengaruhi parameter optik dari medium. Ketika medan listrik e dalam cahaya yang sangat besar, parameter e dan menjadi fungsi e. Karena arah dari p dan e bertepatan dalam media isotropik, kita dapat mengungkapkan sebagai kekuatan seri dalam kekuatan medan seperti, (6.1) (6.2) (6.3)

Dimana 1 adalah kerentanan linear jauh lebih besar dari koefisien nonlinear 2, 3, dan sebagainya. Istilah nonlinier berkontribusi terasa hanya pada medan listrik yang amplitudonya sangat tinggi.

Orde kedua polarisasi non linear dapat ditentukan dengan (6.4)Dan orde ketiga polarisasi nonlinear adalah (6.5)

Polarisasi nonlinier menyebabkan efek optik nonlinier. Bahan, di mana polarisasi nonlinear yang berperan tergantung pada kekuatan medan, disebut media nonlinear. Menunjukkan variasi nonlinear polarisasi listrik dengan kekuatan medan listrik dalam media nonlinear.Dalam bahan optik isotropik, koefisien bahkan kekuatan e di persamaan adalah nol. Tapi dalam kasus bahan anisotropik, koefisien dari kedua kekuatan ganjil dan genap e bernilai. Sebenarnya, media apapun menjadi nonlinier asalkan medan listrik dari radiasi yang terjadi sangat tinggi. Dengan munculnya kekuatan laser, polarisasi nonlinear telah diasumsikan penting dan memungkinkan fenomena konversi frekuensi dan efek nonlinear lainnya.Sekarang, jika kita memperhitungkan pertimbangan osilasi medan listrik dari gelombang cahaya, kita dapat menulis untuk medan listrik dari gelombang sebagai (6.6)

Polarisasi yang disebabkan oleh gelombang ini dapat dinyatakan sebagai (6.7)Persamaan diatas dapat dituliskan (6.8)Jadi medan listrik dalam osilasi gelombang datang, sinar dipol dihasilkan sebagai gelombang elektromagnetik, yang mungkin disebut gelombang polarisasi. Ketika sinar cahaya datang tidak intens, gelombang polarisasi akan berada di fase dan memiliki frekuensi yang sama dengan gelombang cahaya datang. Semakin tinggi orde dalam persamaan. 25. 11 menunjukkan bahwa untuk intensitas sinar yang lebih tinggi, gelombang polarisasi frekuensi yang lebih tinggi juga akan dihasilkan. Kita harus mempertimbangkan fase gelombang pada frekuensi lain untuk menentukan frekuensi yang bisa meningkatkan.CONTOH:Sebuah kisi difraksi yang mempunyai 5000 goresan per 1 cm. Kisi tersebut di lewati cahaya kuning dari lampu gas na. Cahaya tersebut mempunyai 2 garis yang berdekatan dengan panjang gelombang 5890.0 and 5895.9 a (dikenal sebagai doublet na). A) pada sudut berapakah terjadi orde pertama maximum untuk garis cahaya 5890.0 a line? B)berapakah separasi sudut antara maksimum pertama dari kedua garis cahaya na tersebut?Jawab:(a) jarak kisi d = 1/5000 cm = 20000a jadi maksimum pertama dari garis 5890.0 a terjadi pada :

(b) jadi :

8. GENERASI HARMONIK KEDUASecond harmonic generation (shg) adalah proses optik nonlinear yang terjadi ketika dua sinar yang ditembakan pada suatu sampel dengan frekuensi yang sama menghasilkan polarisasi nonlinear dalam sampel. Osilasi polarisasi bertanggung jawab untuk memproduksi cahaya pada harmonik kedua (second harmonic), atau setengah dari panjang gelombang sinar yang ditembakan. Hubungan antara polarisasi dan kuat medan listrik diberikan oleh persamaan pi(2)=ijk(2)ej()ek() (p adalah polarisasi, e adalah kuat medan listrik dan (2) adalah suseptibiltias orde kedua) yang merupakan tensor yang mencirikan sejauh mana hubungan polarisasi ketika digabungkan dengan medan listrik. Subskrip ijk menyatakan koordinat karetisan xyz. Dibawah aproksimasi dipole listrik dengan mengasumsikan bahwa kontribusi quadropole listrik dan dipole magnetik diabaikan shg tidak boleh dalam medium centrosymmetric. Aturan seleksi ini dikarenakan fakta bahwa perubahan tanda medan listrik e() yang berhubungan untuk mengubah sampel centrosymmetric dengan sudut 180o, harus menghasilkan polarisasi berlawanan berdasarkan -pi(2) = ijk(2)[-ej()][-ek()] = ijk(2)ej()ek(). Oleh karena itu (2) harus bernilai nol dalam medium centrosymmetric dan bisa saja bernilai bukan nol dalam medium noncentrosymmetric. Second harmonic generation merupakan metode optik nonlinear yang memungkinkan untuk studi partikel dalam lingkungan noncentrosymmentric ketika ukuran dan massanya yang dibatasi. Kondisi seperti tersebut merupakan tipikal untuk pemasangan semikonduktor kuantum dot, struktur wurtzite yang merupakan noncentrosymmetric dan dengan demikian dimungkinkannya terjadi shg. Studi tentang properti optik nonlinear dari sistem koloidal sangat relevan untuk penyimpanan energi, konservasi atau aplikasi produksi. Disini akan dideskripsikan tentang penggunaan sistem amplifier laser khz untuk pencitraan second harmonic generation. Disini diuji pencitraan dan prosedur latarbelakang-pengurangan (backround-subtraction ) untuk aplikasi khz dalam kaca tipis gula (sugarcoated) yang kemudian didemonstrasikan kemampuannya untuk studi mikroskopi shg dari semikonduktor kuantum dot yang mempunyai radius sekitar 1-2 nm.

Gula merupakan material yang ideal untuk mensetting sebuah miksroskop shg karena sifatnya yang kiral (dapat dipilin), dan shg mempunyai sensitifitas yang tinggi dalam hal kiralitas. Sensitifitas yang tinggi ini dinyatakan dengan 100-10000 lipat dari efek linear dichroism atau sirkular dichroism ketika dibandingkan dengan perhitungan non-coherent chirality, efek ini didiskusikan dalam berbagai literatur. Sinyal shg dari gula sangat besar karena kontribusi dari sinyal chiral pada keadaan noncentrosymmetric. Secara umum respon shg dari jenis chirak dihubungkan dengan elemen tensor xyz dari tensor suspetibilitas nonlinear (2), yang unik disemua jenis pilinan. xyz secara spesifik merepresentasikan sinyal shg yang dihasilkan pada arah x karena medan listrik insiden yang diorientasikan pada arah y dan z, dimana bidang xz adalah bidang insiden. Walaupun sum-frequency generation (sfg/ jumlah sg) dari pilinan dapat diobservasi dalam cairan bulk, shg dilarang dalam medium isotropic chiral, tetapi dimungkinkan pada permukaan dan keadaan noncentrosymmetric. Skala intensitas dari kuadrat jumlah osilasi diberikan dari sampel bulk. Khususnya respon shg dari material chiral dari material chiral yang kuat ketika eksperimen dibawa dalam keadaan resonansi listrik.

Dengan output 1 w diatas 1mm2, sebuah penguat ti:sapphire (1 mj, 120 fsec) memproduksi 8 x 109 w per mm2 per pulsa, ketika peralatan osilator standar (12 nj, 120 fsec) menghasilkan 1 x 105 w per mm2 per pulsa. Sistem nanosencond (150mj, 7 nsec) menghasilakn 2 x 107 w per mm2 per pulsa. Diperoleh bahwa skala intensitas sinyal shg dengan perhitungan pengulangan dan kekuatan pulsa yang diperlukan ketika digunakan dalam studi dengan absorptivitas pada frekuensi second harmonic, seperti semikonduktor kuantum dot. Amplifier digunakan dalam sistem ini untuk menyediakan kekuatan puncak ketika digunakan rata-rata kekuatan yang rendah. Karena shg proporsional terhadap kekuatan puncak, kita dapat memperoleh sinyal yang tinggi pada kerusakan sampel minimal. Akhirnya, pencitraan dengan penguatan khz menyediakan energi per pulsa yang cukup untuk mengurangi kebutuhan penggunaan peralatan laser-scanning, yang dimungkinkan untuk pencitraan shg pada jarak jauh, cepat dan tidak mahal.

Gambar 7.1 SHG (a) Dan respon spektral (b) Dari sebuah kaca kuarsa z-cut 1 mm dengan ketebalan 1 mm (c) intensitas shg dari kuarsa z-cut (bulatan kosong) dan gula dari sebuah kaca mikroskop (bulatan terisi) sebagai fingsi dari translsi z-axis volume penampang (cross-sectional) dua sinar insiden dengan menjaga fokus pada permukaan atas, sebagi indikasi pada (d)

Harmonik kedua gelombang cahaya dengan frekuensi dihasilkan oleh kristal jika polarisasi induksi listrik memiliki komponen isolasi di 2. Hal ini terjadi ketika polarisasi merupakan fungsi nonlinear dari medan listrik seperti yang terjadi pada atau dekat fokus ketika sinar laser difokuskan di dalam kristal. Hubungan antara polarisasi dan medan listrik dapat direpresentasikan oleh bentuk polinomial:

(7.1)

Pada bagian ini kita akan mengkaji sifat optik dari medium nonlinear di mana nonlinier dari orde lebih tinggi dari kedua dapat diabaikan, sehingga

(7.2)

Kita anggap medan listrik e yang terdiri dari satu atau dua komponen harmonik dan menentukan komponen spektral pnl. Sesuai dengan aproksimasi yang muncul pertama, sumber radiasi s berisi komponen spektral yang sama dengan pnl, dan sebagainya, oleh karena itu, tidak dipancarkan (tersebar) medan.

Pertimbangkan respon medium nonlinier ini ke medan listrik dari frekuensi sudut harmonik (panjang gelombang o = 2co / ) dan amplitudo kompleks e (),

(7.3)

Kerapatan polarisasi nonlinear yang sesuai pnl yang diperoleh dengan mensubsitusikan

(7.4)Dimana:(7.5)(7.6)

Sumber t2 sesuai dengan persamaan diatas memiliki komponen difrekuensi 2 dengan amplitudo kompleks yang memancarkan sebuah medan optik pada frekuensi (panjang gelombang ). Dengan demikian, bidang optik tersebar memiliki komponen pada harmonik kedua bidang optik insiden. Karena amplitudo cahaya harmonik kedua yang dipancarkan sebanding dengan ), intensitas sebanding dengan |s(2) |2, yang sebanding dengan kuadrat dari intensitas gelombang datang i dan kuadrat dari koefisien nonlinear d.

Gambar 7.2 Sebuah sinusoidal electric field of angular frequency in a second-order nonlinear optical medium creates a polarization with a component at (second-harmonic) and a steady (dc) component.

Karena emisi yang ditambahkan koheren, intensitas gelombang kedua-harmonik sebanding dengan kuadrat dari panjang volume interaksi l. Efisiensi generasi harmonik kedua karena itu sebanding dengan Karena , di mana p adalah kekuatan insiden dan a adalah luas penampang dari volume interaksi, efisiensi shg sering dinyatakan dalam bentuk:

(7.7)

Sesuai dengan persamaan diatas , untuk memaksimalkan efisiensi shg adalah penting bahwa gelombang datang harus memiliki kekuatan sebesar p. Hal ini dilakukan dengan menggunakan laser pulse yang energinya terbatas waktu untuk mendapatkan kekuatan puncak besar . Selain itu , untuk memaksimalkan rasio l2 / a , gelombang harus difokuskan ke area terkecil a dan memberikan panjang interaksi sepanjang l. Jika dimensi kristal nonlinier bukan faktor pembatas, nilai maksimum l untuk diberikan daerah a dibatasi oleh sinar difraksi. Misalnya, sinar gaussian difokuskan ke w0 lebar balok mempertahankan balok luas penampang a = 0 w2 atas kedalaman fokus l = 2z0 = 2w20/ sehingga rasio l2/ a = 2l / = 4a/2. Balok kemudian harus difokuskan ke ukuran spot terbesar, sesuai dengan kedalaman terbesar dari fokus . Dalam hal ini, efisiensi sebanding dengan l. Untuk kristal tipis, l ditentukan oleh kristal dan balok harus difokuskan ke daerah tempat terkecil a. Untuk kristal tebal, balok harus difokuskan ke tempat terbesar yang pas dengan luas penampang kristal.

Gambar 7.3 Interaction volume in a (a) thin crystal, (b) thick crystal, and (c) waveguide.

Struktur gelombang kontrol menawarkan keuntungan dari cahaya di daerah cross sectional kecil yang jaraknya jauh. Karena a ditentukan oleh ukuran mode kontrol, efisiensi sebanding dengan l2. Gelombang kontrol optik berbentuk planar atau saluran kontrol atau serat. Meskipun serat silika-kaca pada awalnya dikesampingkan untuk generasi harmonik kedua karena kaca centrosymmetric (dan karena itu mungkin telah d = 0), generasi harmonik kedua yang sebenarnya diamati dalam serat silika-kaca, efek dikaitkan dengan quadrupole listrik dan interaksi dipol magnetik dan cacat dan pusat warna dalam inti serat.

Gambar dibawah ini menggambarkan beberapa konfigurasi untuk optik- generasi harmonik kedua dalam bahan balok dan digelombang terstruktur, di mana cahaya inframerah diubah menjadi cahaya tampak dan cahaya tampak dikonversi ke ultraviolet.

Gambar 7.4 Optical second-harmonic generation (a) in a bulk crystal; (b) in a glass fiber; (c) within the cavity of a laser diode.

Dimulai dari penggabungan persamaan gelombang, asumsikan hanya medan tunggal. Jadi , medan radiasi dapat ditulis :

Dengan asumsi : Koefisien nonlinear tidak sama dengan nol Tidak ada penyerapan pada medium Hanya ada produksi kecil dari gelombang pada Vektor gelombang sekarang:

Penggabungan persaaman gelombang dapat berintegerasi langsung :

Dimana integerasi lebih panjang medium antara 0 dan l. Hasil integerasi, asumsikan bahwa

Intensitas keluar dari harmonik kedua sebanding dengan

Jika balok ditulis sebagai identitas balok, sehingga daya per satuan luas a. Mengikuti konversi sehingga effisiensi untuk second harmonic generation adalah;

Untuk gelombang biasa di dalam medium selalu menyebarkan, dengan konsekuensi:

Jadi (selalu), sehingga konsekuensinya memiliki 2 (dua) persamaan gelombang:

Frekuensi akan berhenti dan terbalik hingga 180, kemudian interferensi destruktif akan mengambil tempat asal gelombang sehingga gelombang tersebut akan hancur dan akan menimbulkan jarak yang dilambangkan dengan .

Gambar 7.5

Jadi dapat kita temukan panjang kristal l adalah: (7.18)

Dengan d adalah ketebalan kristal. Akibat sudut rotasi kristal yang bervariasi akan mengubah panjang koherensi. Efek osilator dari second harmonic pertama kali diteliti oleh maker, ddk dan osilasi ini disebut dengan marker fringesTahap pencocokan di non-collinear tiga-wave mixing

Dalam kasus non-collinear, fase pencocokan kondisi setara dengan dimana u1, u2, u3 dan adalah vektor satuan dalam arah propagasi gelombang. Indeks bias n1, n2, dan n3 tergantung pada arah gelombang relatif terhadap sumbu kristal, serta polarisasi dan frekuensi. Persamaan vektor ini setara dengan dua persamaan skalar sehingga pencocokan kondisi menjadi :

(7.21)

Dimana dan adalah sudut gelombang 1 dan 2 buat dengan gelombang 3. Desain sebuah 3-wave pusat perangkat pencampuran tentang pemilihan arah dan polarisasi untuk memenuhi persamaan ini, seperti yang ditunjukkan oleh latihan dan contoh-contoh berikut. Non-collinear type-ii kedua-harmonic generation (shg). Gambar 21,2-12 menggambarkan type-ii o-e-e non-collinear shg. Gelombang biasa dan gelombang yang luar biasa, baik di mendasar frekuensi, menciptakan gelombang yang luar biasa kedua harmonik pada frekuensi 2. Itu diasumsikan di sini bahwa arah propagasi dari tiga gelombang dan sumbu optik coplanar dan dua gelombang fundamental dan sumbu optik membuat sudut 1, 2, dan dengan arah gelombang kedua-harmonik. Indeks bias yang muncul dalam persamaan fase-matching (21,2-25) adalah

(7,22)

(7.23)

(7.24)

Untuk kristal ppk dan gelombang fundamental panjang gelombang 1.06m (nd: yag laser), menentukan orientasi kristal dan sudut 1 dan 2 untuk efisien generasi kedua-harmonik.

Gambar 7.6 non-collinear type ii second-harmonic generation.9. KECOCOKAN FACEJika gelombang 1 dan 2 adalah gelombang pesawat dengan gelombang vektor k1 dan k2, sehingga e(1) = a1 exp (- jk1 r) dan e(2) = a2 exp (-jk2 r), maka sesuai dengan (21.2-13d), pnl (3) = 2de(1) e(2) = 2da1a2 exp (jk3 r), di manaKecocokan frekuensi: (8.1)Kecocokan fase: (8.2)

Oleh karena itu medium bertindak sebagai frekuensi sumber cahaya 3 = 1 + 2, dengan amplitudo proporsional kompleks untuk exp (-jk3 r), sehingga memancarkan gelombang dengan vector gelombang k3 = k1 + k2, seperti yang diilustrasikan pada gambar. 21,2-7. Persamaan diatas dapat dianggap sebagai kecocokan fase antara muka gelombang dari tiga gelombang yang dianalogikan dengan kondisi kecocokan frekuensi 1 + 2 = 3. Karena argumen dari fungsi gelombang kompleks t-k r, kedua kondisi ini memastikan kedua pencocokan fase temporal dan spasial dari tiga gelombang, yang diperlukan untuk saling berinteraksi selama jangka waktu yang lama dan daerah ruang

Gambar 8.1 Kondisi kecocokan FaseMaterial yang memiliki suseptibilitas order-3 bila disinari cahaya dengan medan ew cos w t, maka polarisasi sehubungan dengan suseptibilitas order-3 adalah :

(8.3)

Maka suku kedua dari polarisasi itu akan menginduksikan medan berfrekuensi 3 kali. Peristiwa ini disebut third harmonic generatin(thg). Suku pertama bersifat linier, dan itu memberi sumbangan terhadap suseptibilitas linier :

Jika no adalah indeks bias sebelumnya, maka dalam keadaan dilalui cahaya berintensitas i ( ew 2) indeks itu bergeser menjadi :

Dengan n2 merupakan parameter yang bergantung pada c (3) dari material. Indeks bias yang bergantung intensitas cahaya tersebut merupakan dasar bagi rekayasa devais untuk switching. Sedangkan gambar 4b. Memperlihatkan hubungan antara intensitas transmisi dan intensitas masukan. Selanjutnya dengan menggunakn gabungan medan dc edc dan medan ew cos w t, polarisasi yang berkaitan dengan nonlinier order-3 mengandung

Dengan demikian, suseptibilitas linier berubah menjadi :

Sehingga indeks bias bergantung pada edc2. Peristiwa ini dikenal sebagai efek elektrooptik kuadratik atau efek kerr. Disamping sebagai modulator, efek ini merupakan dasar bagi optical shutter atau switching dan directional coupler.Sifat optik nonlinier suatu bahan akan tampak jika intensitas cahaya yang melalui bahan cukup tinggi. Sifat nonlinieritas bahan tersebut diungkapkan dengan suseptibilitas non linier (x(n)) dengan n = 2 dan n = 3 masing masing untuk suseptibilitas nonlinier orde kedua dan ketiga berturut turut. Aplikasi generasi ketiga harmonic adalah all-optical switcing, yang sangat berguna bagi proses informasi optik dan aplikasi dalam telekomunikasi di masa depan. Keuntungan terbesar dalam menggunakan all-optical switcing adalah penguatan kecepatan yang mencapai lebih kecil dari sekon atau subpicosecondFour-wave mixing merupakan efek nonlinier yang dihasilkan oleh nonlinieritas optik orde ketiga yang ditunjukkan oleh koefisien (3). Ini dapat terjadi apabila terdapat 3 komponen frekuensi , dan merambat bersamaan dalam medium nonlinier. Dan dihasilkan gelombang dengan frekuensi yang baru . Frekuensi baru tersebut memenuhi pers. (2.20). Salah satu frekuensi tersebut dapat mengalami penguatan (parametric amplification) dalam prosesnya.Jika pada proses tersebut, keempat frekuensi tersebut berbeda maka disebut non-degenerate four-wave mixing. Sedangkan jika dua dari keempat frekuensi tersebut sama, maka dimungkinkan terjadi degenerate four-wave mixing. Sebagai contoh, terdapat satu pump wave memberikan penguatan untuk komponen frekuensi lainnya (sinyal). Untuk setiap foton ditambahkan pada signal wave, dua foton akan diambil dari pump wave, dan satu lagi diberikan pada idler wave dengan frekuensi baru.

Gambar 8.2Kecocokan faseSecond harmonic generation gelombang merambat dengan kecepatan , harmonik kedua merambat dengan kecepatan . Kecepatan yang diberikan adalah,

Kecepatan berbeda dengan kecepatan setelah insiden hal ini dikarenakan indeks bias nerupakan fungsi dari frekuensi.

Gambar 8.3 Index ellipsoid and sphere corresponding to a e-rayAnd o-ray in negative uniaxial crystal

10. JUMLAH DAN SELISIH FREKUENSI GENERASISum frekuensi Generasi ( SFG ) adalah proses optik nonlinier. Fenomena ini didasarkan pada penghancuran dua foton masukan pada frekuensi sudut dan sementara , secara bersamaan , satu foton pada frekuensi dihasilkan. Seperti halnya fenomena di optik nonlinier , ini hanya dapat terjadi dalam kondisi di mana :Cahaya itu adalah berinteraksi dengan materi, Cahaya memiliki intensitas yang sangat tinggi (biasanya dari laser berdenyut) .enerasi - frekuensi Sum adalah " proses parametrik " , [ 1 ] yang berarti bahwa foton memuaskan konservasi energi , menyerahkan persoalan itu tidak berubah : (9.1)

Sebuah kasus khusus dari generasi frekuensi sum adalah generasi kedua - harmonik , di mana 1 = 2 = 1/23 . Bahkan , dalam percobaan fisika , ini adalah jenis yang paling umum dari generasi frekuensi sum. Hal ini karena dalam generasi kedua - harmonik , hanya satu masukan sinar diperlukan , tetapi jika 1 2 , 2 balok simultan yang diperlukan, yang dapat lebih sulit untuk mengatur . Dalam prakteknya , istilah " generasi frekuensi sum " biasanya mengacu pada kasus kurang umum di mana 1 2 .Untuk generasi frekuensi sum terjadi secara efisien , suatu kondisi yang disebut fase pencocokan harus dipenuhi :

(9.2)mana k_1 , k_2 , k_3 adalah wavenumbers sudut dari tiga gelombang saat mereka melakukan perjalanan melalui medium. ( Perhatikan bahwa persamaan menyerupai persamaan untuk konservasi momentum . ) Karena kondisi ini terpenuhi lebih dan lebih akurat , generasi frekuensi sum menjadi lebih dan lebih efisien . Selain itu, sebagai generasi frekuensi sum terjadi lebih panjang lagi dan lagi , fase - matching harus menjadi lebih dan lebih akurat .

Gambar 9.1 (9.3)Application:Tunable radiation in the Uv spectral region.Perbedaan frekuensi Generasi (DFG) adalah proses optik non-linear. Generasi cahaya dengan frekuensi yang perbedaan antara dua frekuensi lain. Fenomena ini didasarkan pada penghancuran dua foton masukan pada frekuensi sudut dan \ omega_2 sementara, secara bersamaan, satu foton pada frekuensi \ omega_3 dihasilkan. Seperti halnya fenomena di optik nonlinier, ini hanya dapat terjadi dalam kondisi di mana. Cahaya itu adalah berinteraksi dengan mater. Cahaya memiliki intensitas yang sangat tinggi (biasanya dari laser berdenyut). Generasi-perbedaan frekuensi adalah "proses parametrik", yang berarti bahwa foton memuaskan konservasi energi, menyerahkan persoalan itu tidak berubah:

Gambar 9.2(9.4)

Application:The low frequency photon, amplifies in the presence of high frequency beam . This is known as parametric amplification.

11. OSILASI PARAMETRIKProduksi radiasi koheren pada frekuensi di wilayah uv adalah sangat penting selain dari teknik generasi harmonik, tuning frekuensi dengan osilasi parametrik adalah teknik lain yang tersedia untuk tujuan ini. Metode eksitasi parametrik osilasi secara luas digunakan dalam elektronik, di mana penggunaan kapasitor nonlinier dibuat. Generasi parametrik cahaya melibatkan penggunaan media nonlinear dan dengan demikian dikenakan kemiripan dengan proses elektronik.Ketika dua gelombang optik frekuensi sudut 1 dan 2 perjalanan melalui sebuah media optik nonlinear orde kedua mereka mencampur dan menghasilkan kepadatan polarisasi dengan komponen di sejumlah frekuensi . Kami berasumsi bahwa hanya komponen di sum frekuensi 3 = 1 + 2 memenuhi kondisi fase pencocokan . Frekuensi lain tidak dapat dipertahankan oleh media karena mereka dianggap tidak memenuhi phasematching yangkondisi . Setelah gelombang 3 yang dihasilkan , berinteraksi dengan gelombang 1 dan menghasilkan gelombang di perbedaan frekuensi 2 = 3 - 1 . Jelas, kondisi fase - cocok untuk ini interaksi juga puas . Gelombang 3 dan 2 sama menggabungkan dan memancarkan di 1 . Oleh karena itu, tiga gelombang menjalani mutual coupling di mana setiap pasangan gelombang berinteraksi dan memberikan kontribusi untuk gelombang ketiga . Proses ini disebut pencampuran tiga gelombang . Pencampuran dua gelombang tidak , secara umum , mungkin. Dua gelombang frekuensi sewenang-wenang 1 dan 2 tidak dapat digabungkan dengan media tanpa bantuan gelombang ketiga . Twowave pencampuran hanya dapat terjadi dalam kasus terdegenerasi , 2 = 21 , di mana secondharmonic dari wave 1 kontribusi untuk gelombang 2 , dan subharmonic 2 / 2 gelombang 2 , yang adalah pada perbedaan frekuensi 2 - 1 , memberikan kontribusi untuk gelombang 1 . Pencampuran tiga gelombang dikenal sebagai proses interaksi parametrik . Dibutuhkan varietas bentuk , tergantung pada mana dari tiga gelombang disediakan sebagai masukan , dan yang yang diambil sebagai output , seperti digambarkan dalam contoh berikut: Konversi optical frequency ( ofc ) . Gelombang 1 dan 2 dicampur dalam upconverter , menghasilkan gelombang pada jumlah frekuensi 3 = 1 + 2 . Proses ini , juga disebut - frekuensi generasi sum ( sfg ) , telah diilustrasikan dalam gambar . 21,2-6 . Generasi kedua - harmonik ( shg ) adalah kasus khusus merosot sfg . Proses kebalikan dari downconversion atau generasi frekuensi perbedaan diwujudkan oleh interaksi antara gelombang 3 dan 1 untuk menghasilkan gelombang 2 , pada perbedaan frekuensi 2 = 3 - 1 . Up- dan down- konverter digunakan untuk menghasilkan cahaya koheren pada panjang gelombang di mana tidak ada laser yang memadai tersedia , dan mixer sebagai optik dalam sistem komunikasi optik. Optical parametric amplifier ( opa ) . Gelombang 1 dan 3 berinteraksi sehingga gelombang yang 1 tumbuh , dan dalam proses gelombang tambahan 2 dibuat . Perangkat beroperasi sebagai penguat melekat pada 1 frekuensi dan dikenal sebagai opa . Wave 3 , yang disebut pompa , memberikan energi yang dibutuhkan , sedangkan gelombang 2 dikenal sebagai pemalas gelombang . Gelombang diperkuat disebut sinyal . Jelas, gain dari penguat tergantung pada kekuatan pompa . Opa digunakan untuk mendeteksi cahaya lemah pada panjang gelombang yang sensitif detektor tidak tersedia . Optical parametric oscillator ( opo ) . Dengan umpan balik yang tepat , parametrik amplifier dapat beroperasi sebagai osilator parametrik , di mana hanya gelombang pompa disediakan . Opos digunakan untuk generasi cahaya koheren dan modus terkunci pulsa melatih pada rentang berkesinambungan frekuensi , biasanya pada pita frekuensi di mana ada kekurangan sumber laser merdu . Spontan parametric downconversion ( spdc ) . Di sini , satu-satunya input ke kristal nonlinier adalah gelombang pompa 3 , dan downconversion ke frekuensi yang lebih rendah gelombang 2 dan 3 adalah spontan . Kondisi frekuensi dan fase matching ( 21,2-14 ) dan ( 21,2-15 ) menyebabkan beberapa solusi , masing-masing membentuk sepasang gelombang 1 dan 2 dengan frekuensi dan arah tertentu . Lampu turun-dikonversi mengambil bentuk kerucut cahaya multispektral , seperti yang diilustrasikan pada gambar . 21,2-8 .Rincian lebih lanjut yang berkaitan dengan perangkat ini parametrik disediakan di sec . 21.4 .

Gambar 5.12 optical parametric devices: optical frequency converter (ofc): optical parametric amplifier (opa); optical parametric oscillator (opo); spontaneous parametric down-converter (spdc).

Singkatnya frekuensi generasi, cahaya pada frekuensi v1 dan v2 menambahkan bersama untuk menghasilkan frekuensi (v1 + v2). Di sisi lain, jika bearn kuat pada frekuensi v1 = (v2 + v3) saja diterapkan untuk bahan nonlinear sesuai seperti niobate lithium, dua bearns pada frekuensi yang lebih rendah v2 dan v3 dapat dihasilkan. Untuk osilasi parametrik menarik, media nonlinear ditempatkan di antara dua cermin, yang membentuk rongga resonansi sebanding dengan rongga laser. Gelombang frekuensi v1 = (v2 + v3) adalah gelombang pompa dan harus sangat intens sedemikian rupa sehingga dapat mendorong perilaku non linear kristal. Kedua proses ini membutuhkan bahwa kondisi pencocokan fase puas. Gelombang frekuensi yang lebih tinggi, katakanlah v2, disebut gelombang sinyal dan gelombang frekuensi yang lebih rendah, katakanlah di v3, disebut gelombang pemalas. Kedua sinyal dan pemalas gelombang lemah dan selalu hadir dalam kristal dalam bentuk suara, yang aries karena foton spontan.Jika frekuensi pompa (v2 +v3) adalah tetap, maka dua frekuensi v2 dan v3 adalah penyebaran gratis melalui berbagai nilai. Efek ini diketahui adalah amplifikasi sebagai parametrik. Dengan memvariasikan orientasi kristal itu, nilai-nilai v2 dan v3 dapat bervariasi. Jika cermin dari rongga resonan yang reflektif di v2 dan v3, dan tidak pada frekuensi (v2 +v3), resonansi gelombang ini dalam rongga meningkatkan kristal nonlinear dan membangun gelombang. Sehingga sistem bertindak sebagai osilator parametrik. Tuning dapat dicapai dengan memvariasikan kondisi pencocokan fase melalui kontrol mekanis atau suhu rongga.

Osilasi parametrik pertama kali diamati oleh giord mainedan miller pada tahun 1965. Skema dari aturan yang digunakan oleh mereka ditampilkan. Output disetel dengan mengubah suhu kristal niobatelithium. Berbagai suhu sekitar 11c menghasilkan panjang gelombang dalam kisaran 9680a ke 11540 a. Efisiensi konversi rendah 1%. Saat ini, efisiensi konversi meningkat dari 40% menjadi 50%.Tahap pencocokan di collinear tiga-wave mixing. Jika campuran tiga gelombang adalah collinear, yaitu, mereka melakukan perjalanan ke arah yang sama, dan jika media adalah nondispersive, maka kondisi fase-matching (21,2-15) menghasilkan persamaan skalar n1/co + n2/co = n3/co, yang secara otomatis puas jika kondisi pencocokan frekuensi 1 + 2 = 3 terpenuhi. Namun, karena semua bahan dalam realitas dispersif, tiga gelombang benar-benar perjalanan dengan kecepatan yang berbeda sesuai untuk indeks bias yang berbeda, n1, n2, dan n3, dan frekuensi dan fase-matching kondisi yang independen:

(10.1)

Dan harus puas secara bersamaan. Karena ini biasanya tidak mungkin , birefringence ,yang hadir dalam media anisotropik , sering digunakan untuk mengkompensasi dispersi.Untuk media anisotropic , tiga indeks bias , , dan umumnya tergantung pada polarisasi gelombang dan arah mereka relatif terhadap kepala sekolah sumbu (lihat sec . 6.3c ) . Ini menawarkan gelar lain kebebasan untuk memenuhi pencocokan kondisi . Kontrol yang tepat dari indeks bias pada tiga frekuensi sering dicapai dengan pemilihan polarisasi , orientasi kristal , dan dalam beberapa kasus dengan kontrol suhu .

Dalam prakteknya , media sering kristal uniaksial ditandai dengan sumbu optik dan indeks tergantung pada frekuensi biasa dan luar biasa bias Masing-masing dari tiga gelombang dapat biasa atau luar biasa ( e ) dan proses iniberlabel sesuai. Sebagai contoh, eoo label menunjukkan bahwa gelombang 1 , 2 , dan 3 dan gelombang , masing-masing. Untuk gelombang , karena gelombang tergantung pada sudut antara arah gelombang dan sumbu optik kristal , sesuai dengan relasi.

(10.2)

CONTOH: 1. Collinear type-i kedua-harmonic generation (shg). Untuk shg, gelombang 1 dan 2 memiliki frekuensi yang sama . Untuk tipe-i pencampuran, gelombang 1 dan 2 memiliki polarisasi yang sama sehingga . Oleh karena itu, dari (21,2-20), fase-matching kondisinya , yaitu, gelombang fundamental memiliki indeks bias yang sama dengan kedua harmonik gelombang. Karena dispersi, kondisi ini biasanya tidak dapat puas kecuali polarisasi ini dua gelombang berbeda. Untuk kristal uniaksial, proses ini baik ooe atau eeo. Dalam kedua kasus, arah di mana gelombang memasuki kristal disesuaikan sedemikian rupa sehingga , yaitu, sehingga birefringence mengkompensasi tepat untuk dispersi.

Gambar 5.14

Gambar 21,2-10 pencocokan tahap dalam e - e - o shg . ( a) pencocokan indeks dari gelombang e pada dengan bahwa gelombang o di 2 . ( b ) indeks permukaan pada ( kurva padat ) dan 2 ( kurva putus-putus ) untuk uniaksial kristal . ( c ) gelombang ini dipilih untuk melakukan perjalanan pada sudut terhadap sumbu kristal optik , sehingga luar biasa indeks bias ne dari gelombang sama dengan indeks bias biasa ada gelombang .

untuk proses eeo seperti yang diilustrasikan pada gambar . 21,2-10 , gelombang mendasar adalah luar biasa dan gelombang kedua - harmonik biasa , , sehingga pencocokan. Kondisi adalah : . Hal ini dicapai dengan memilih sudut yang

dimana diberikan oleh ( 21,2-21 ) . Hal ini digambarkan secara grafis pada gambar . 21,2-10 , menampilkan yang indeks bias biasa dan luar biasa ( lingkaran dan elips ) pada ( kurva padat ) dan pada ( putus-putus kurva ) . Sudut di mana pencocokan fase puas adalah bahwa di mana lingkaran di memotong elips pada .Sebagai contoh , untuk ppk pada panjang gelombang mendasar = 694 nm, tidak ada ( ) = 1,506 , ne ( ) = 1,466 ; dan pada / 2 = 347 nm, tidak ada ( 2 ) = 1.534 , ne ( 2 ) = 1.490 . Dalam hal ini , ( 21,2-22 ) dan ( 21,2-21 ) memberikan = 52 . Ini disebut sudut potongan kristal . Persamaan yang sama dapat ditulis untuk shg di o - o - e konfigurasi . Dalam hal ini, untuk ppk pada panjang gelombang = 1,06 m mendasar, = 41o.

2. Collinear optical parametric oscillator (opo). Frekuensi osilasi dari opo ditentukan dari frekuensi dan kondisi pencocokan fase. Untuk tipe-i o-o-e pencampuran konfigurasi,

Untuk type-ii e-o-e pencampuran,

Gambar 5.15 (a) crystal cut angle (deg), (b) crystal cut angle (deg)

Tuning kurva untuk opo kesegarisan menggunakan kristal bbo dan pompa 532 nm, yang mudah diperoleh dari frekuensi dua kali lipat nd: yag laser (a) tipe i, dan (b) tipe ii. Fungsi no () dan ne () ditentukan dari persamaan sellmeier (5,5-28), dan luar biasa indeks n (, ) ditentukan sebagai fungsi dari sudut antara sumbu optik kristal dan arah gelombang dengan menggunakan (21,2-21). Untuk diberikan 3 frekuensi pompa, yang solusi (21,2-23) dan (21,2-24), 1 dan 2, sering diplot versus sudut, plot yang dikenal sebagai kurva tuning.

12. PENGATURAN FOKUS CAHAYA SENDIRIFokus pada diri sendiri adalah proses optik non-linear yang disebabkan oleh perubahan indeks bias bahan terkena radiasi elektromagnetik yang intens. Sebuah media yang indeks bias meningkat dengan intensitas medan listrik bertindak sebagai lensa fokus untuk gelombang elektromagnetik ditandai dengan intensitas gradien awal melintang, seperti dalam sinar laser. Intensitas puncak wilayah berfokus pada diri sendiri terus meningkat sebagai gelombang melalui medium, sampai efek defocusing atau kerusakan media mengganggu proses ini. Fokus cahaya sendiri ditemukan oleh Gurgen Askaryan. Fokus cahaya sendiri sering diamati ketika radiasi yang dihasilkan oleh Femto laser kedua menyebar melalui banyak padatan, cairan dan gas. Tergantung pada jenis bahan dan pada intensitas radiasi, beberapa mekanisme menghasilkan variasi indeks bias yang menghasilkan self-fokus: kasus utama Kerr-diinduksi diri fokus dan plasma diri fokus.

13. HAMBURAN RAMAN DALAM JUMLAH KECILHamburan Raman atau efek Raman adalah hamburan elastis dari foton. Hal ini ditemukan oleh CV Raman dan KS Krishnan dalam cairan, [1] dan oleh G. Landsberg dan LI Mandelstam dalam kristal. [2] Efeknya telah diperkirakan secara teoritis oleh Adolf Smekal pada tahun 1923. [3]

Ketika foton tersebar dari sebuah atom atau molekul, sebagian besar foton adalah elastis tersebar (hamburan Rayleigh), sehingga foton tersebar memiliki energi yang sama (frekuensi dan panjang gelombang) sebagai foton. Sebuah sebagian kecil dari foton tersebar (kira-kira 1 dalam 10 juta) yang tersebar oleh eksitasi, dengan foton tersebar memiliki frekuensi yang berbeda dari, dan biasanya lebih rendah daripada, bahwa dari foton. [4] Dalam gas, hamburan Raman dapat terjadi dengan perubahan energi dari molekul karena transisi (lihat tingkat energi). Kimiawan terutama berkaitan dengan efek Raman transisi

Penelitian lain yang dilakukan oleh Raman adalah : studi eksperimental dan teoritis nya pada difraksi cahaya oleh gelombang akustik frekuensi ultrasonik dan hipersonik ( diterbitkan 1934-1942 ) , dan orang-orang pada efek yang dihasilkan oleh sinar - X pada getaran inframerah dalam kristal terkena lampu biasa . Pada tahun 1948 Raman , melalui mempelajari perilaku spektroskopi kristal , didekati dengan masalah mendasar cara baru dinamika kristal . Laboratoriumnya telah berurusan dengan struktur dan sifat berlian , struktur dan perilaku optik berbagai zat warna-warni ( labradorit , mutiara felspar , batu akik , opal , dan mutiara ). Hal ini juga memungkinkan untuk mengamati getaran molekul dengan proses hamburan inelastis . Dalam hamburan inelastis , sebuah foton diserap kembali dipancarkan dengan energi yang lebih rendah . Dalam hamburan Raman , perbedaan energi antara eksitasi dan foton tersebar sesuai dengan energi yang dibutuhkan untuk merangsang molekul untuk mode getaran yang lebih tinggi . Biasanya , dalam spektroskopi Raman radiasi laser yang berintensitas tinggi dengan panjang gelombang baik dalam daerah tampak atau inframerah - dekat spektrum dilewatkan melalui sampel . Foton dari sinar laser menghasilkan polarisasi berosilasi dalam molekul , menarik mereka ke keadaan energi virtual. Polarisasi osilasi molekul dapat pasangan dengan kemungkinan polarisasi lain dari molekul , termasuk Eksitasi getaran dan elektronik . Jika polarisasi dalam molekul tidak pasangan untuk ini polarisasi lain yang mungkin , maka tidak akan mengubah keadaan getaran bahwa molekul mulai masuk dan foton tersebar akan memiliki energi yang sama seperti foton asli . Jenis hamburan dikenal sebagai hamburan Rayleigh . Ketika polarisasi dalam molekul pasangan untuk keadaan getaran yang lebih tinggi dalam energi daripada negara mereka mulai masuk, maka foton asli dan foton tersebar berbeda dalam energi dengan jumlah yang diperlukan untuk vibrationally merangsang molekul . Dalam teori perturbasi , efek Raman sesuai dengan penyerapan dan emisi berikutnya foton melalui keadaan kuantum antara material . Keadaan antara dapat berupa "nyata " , yaitu , keadaan stasioner atau negara virtual.

14. FENOMENA OPTIKa. Perbaikan optik. E2 entri akan menyebabkan adanya polarisasi konstan jangka menengah, biaya polarisasi konstan dan perbedaan potensial yang sesuai, perbedaan potensial sebanding dengan intensitas cahaya yang bergantung pada frekuensi, mirip dengan ac diperbaiki oleh penyearah tegangan dc diperoleh. b. Tinggi generasi harmonik. Setelah memasukkan media frekuensi cahaya rendah tetap tidak berubah. Cahaya yang masuk media, karena efek nonlinier medium, selain frekuensi asli, tetapi juga muncul 2, 3, ...... Harmonik yang lebih tinggi. 1961 usa pa franken dan rekan-rekannya untuk pertama kalinya eksperimen diamati harmonik kedua. Mereka ruby laser yang memancarkan tiga kilowatt merah (6943 ) pulsa laser difokuskan ke wafer kuarsa mengamati panjang gelombang 3471,5 ultraviolet harmonik kedua. Jika sepotong barium natrium kristal niobate pada 1 watt, 1,06 mikron panjang gelombang rongga laser, dapat diperoleh 1 watt terus menerus laser kedua panjang gelombang harmonik dari 5323 angstrom. Multiplier efek dari media nonlinear dalam teknologi laser memiliki aplikasi penting. c. Optik pencampuran. Ketika dua balok frekuensi 1 dan 2 (1> 2) laser yang bersamaan diluncurkan ke media, jika anda hanya mempertimbangkan kuadrat polarisasi p akan menghasilkan frekuensi 1 2 dan item frekuensi dan frekuensi 1-2 perbedaan frekuensi item. Efek dapat diproduksi oleh optik pencampuran osilator parametrik optik, yang merupakan rentang yang luas dalam sebuah laser merdu sumber cahaya serupa bisa dipancarkan dari inframerah ke ultraviolet radiasi koheren. d. Dirangsang hamburan raman. Cahaya biasa dihasilkan oleh spontan hamburan raman hamburan raman, lampu hamburan tidak relevan. Bila menggunakan insiden laser yang kuat, karena radiasi laser dengan molekul materi peran yang kuat dari proses hamburan telah merangsang sifat radiasi, yang disebut dirangsang hamburan raman. Cahaya tersebar raman dihasilkan oleh koherensi tinggi, intensitasnya jauh lebih kuat daripada cahaya tersebar spontan raman. Merangsang hamburan raman diperoleh dengan menggunakan berbagai panjang gelombang radiasi koheren baru, dan untuk studi mendalam tentang hukum interaksi cahaya dengan materi menyediakan sarana. e. Berfokus sendiri. Indeks bias menengah bawah aksi cahaya dengan peningkatan intensitas cahaya. Intensitas sinar laser memiliki distribusi gaussian, intensitas cahaya pada maksimum dalam poros tengah ke pinggiran menurun, sehingga dekat sumbu sinar laser memiliki indeks bias lebih besar, sama dengan sumbu lensa otomatis akan konvergen balok, hingga balok mencapai filamen batas (diameter sekitar 5 10-6 m), dan di mana refleksi total dalam filamen, jika menyebarkan cahaya dalam serat optik yang sama. f. Transparansi cahaya-induced. Koefisien penyerapan menengah bawah cahaya rendah (penyerapan cahaya tampak) tidak ada hubungannya dengan intensitas cahaya, tetapi medium laser yang kuat dan intensitas cahaya dari koefisien penyerapan hubungan ketergantungan dengan beberapa media buram asli bawah aksi koefisien penyerapan cahaya menjadi nol.Penelitian tentang teknologi nonlinier optik laser, spektroskopi dan perkembangan fisik analisis struktural, dll yang penting. Studi optik nonlinier berbagai sistem nonlinier fenomena common law ilmu interdisipliner. Dalam nonlinier optik fokus penelitian meliputi: meneliti dan menemukan bahan optik baru non-linear seperti polimer organik atau kristal organik. Dan membahas apakah bahan-bahan tersebut dapat digunakan sebagai dua gelombang pencampuran, empat gelombang pencampuran, osilasi spontan dan fase pembalikan amplifier optik, dan media soliton bahkan spasial, dll. Orde kedua kristal optik nonlinier digunakan dengan kalium dihidrogen fosfat (ppk), amonium dihidrogen fosfat (adp), kalium fosfat deuterated (kd * p), barium natrium niobate. Mereka juga menemukan banyak bahan optik nonlinier orde ketiga.

15. APLIKASI DALAM PERANGKAT OPTIK NONLINIERa. Dibuat menggunakan berbagai nonlinear kristal beralih elektro-optik dan modulasi laser. b. Generasi harmonik kedua dan ketiga, orde kedua dan orde ketiga sum optik dan perbedaan konversi frekuensi frekuensi laser untuk memperoleh ultraviolet pendek dan vakum ultraviolet, tumbuh berbagai laser inframerah-jauh, waktu yang sama, dengan menerapkan ir frekuensi upconversion untuk mengatasi kesulitan dalam penerima inframerah. c. Penggunaan parametrik osilator optik tuning frekuensi laser. Dan multiplier, teknik pencampuran telah digabungkan untuk mencapai dari inframerah ke ultraviolet vakum memiliki berbagai tuning. d. Menggunakan efek optik nonlinier di sejumlah balok keluaran memiliki karakteristik fase konjugasi, untuk pemrosesan informasi optik, untuk meningkatkan kualitas gambar dan kualitas balok. e. Gunakan indeks bias dengan intensitas cahaya perubahan alam dibuat dan berbagai nonlinear etalon perangkat bistable. f. Menggunakan berbagai efek optik nonlinier, terutama resonansi efek optik nonlinier dan berbagai efek sementara koheren optik, bahan studi dan spektra resolusi tinggi negara yang sangat bersemangat dan transfer fisik energi internal dan merangsang proses dan proses relaksasi lainnya dan sebagainya.

Integrasi perangkat all- optik dan elektro - optik ke dalam teknologi saat ini telah menyebabkan pengembangan sejumlah besar skema untuk mengendalikan dan memanipulasi fase , arah , polarisasi dan amplitudo balok optik . Kemampuan untuk mengontrol intensitas cahaya adalah relevansi utama dalam aplikasi optik terkait , seperti komunikasi optik , komputasi optik dan reaksi kimia berbasis cahaya . Metode untuk mengontrol amplitudo cahaya secara umum dapat dibagi menjadi dua kelompok besar : metode dinamis dan pasif . Metode pertama dilakukan dengan perangkat yang menerima umpan balik eksternal , seperti iris atau kekuatan filter optik untuk mengendalikan insiden intensitas cahaya pada sistem optik . Metode tersebut memerlukan perangkat lain untuk bekerja bersama dalam akuisisi ( misalnya , sensor , prosesor , dll ) , meninggalkan proses lebih lambat dan lebih kompleks . Di sisi lain , kontrol pasif diperoleh dengan menggunakan bahan optik nonlinier , dimana penginderaan , pengolahan dan aktuasi yang melekat , membuat perangkat lebih sederhana dan lebih cepat . Dalam klasifikasi perangkat pasif untuk mengontrol amplitudo sinyal optik , dua penting semua optik - optik switch dan pembatas . Sebuah saklar optik yang ideal adalah perangkat optik nonlinear yang diaktifkan pada intensitas tertentu atau fluence ambang batas , menjadi benar-benar buram . Sebaliknya, sebuah limiter optik yang ideal adalah perangkat yang menunjukkan sebuah transmisi linear bawah intensitas atau fluence tingkat tertentu tetapi , di atas tingkat ini , intensitas output menjadi konstan . Pembatas optik telah digunakan dalam beberapa aplikasi , seperti penguncian pasif modus , kompresi pulsa , dan aplikasi yang paling populer : mata dan perlindungan sensor dalam sistem optik ( misalnya , teleskop dan sistem penglihatan pada malam hari ) .Misalnya , seseorang dapat membangun pembatas optik dengan respon yang sensitif terhadap durasi pulsa insiden . Sifat resonansi nonlinier akumulatif ( seperti sa dan rsa ) , bagaimanapun, sering mengakibatkan bandwidth yang sempit operasi untuk perangkat menggunakan mekanisme ini . Sebaliknya , pembatas optik yang mengandalkan sesaat ( nonresonant ) nonlinier dapat pita lebar . Nonlinier ini, bagaimanapun , membutuhkan intensitas tinggi dan biasanya beroperasi secara efektif hanya untuk pulsa optik yang sangat singkat . Oleh karena itu , dengan menggunakan limiter optik yang tepat dalam hal sifat dan nilai ambang batas , seseorang dapat memperpanjang umur perangkat dan memungkinkan untuk terus beroperasi di bawah kondisi parah .

16. TES FORMATIF(b) gunakan cara yang sama pada bagian (a)

Dan masukkan derivatifnya

Kita dapatkan

Untuk kita dapat menerapkan cara yang sama

1. Pulsa berjalan ditransmisikan dengan fiber optik sepanjang 400m yang mempunyai indek bias inti 1,4 dan indek bias cladding 1,36. Gambar output laser daria. Kecepatan laser 10.106 pulsa per detik (10mb/s)b. Kecepatan laser 20.106 pulsa per detik (20mb/s)Hitung juga dispersi perkilometer. Asumsikan bahwa setip input pulsa adalah nol.Solusi:Dihitung nilai na:Na = (n1-n2)/n1 = (1,6-1,35) /1,6 = 0,1567 = ( n12- n22 ) / (2 x n12 ) = (1,4 -1,36 ) ( 2 x 1,4) = 0,02816t untuk panjang 400 mt = ( l x n1/c) x = [( 400 x 1,4) / ( 300 x 106 )] x 52,6 ns.Maka disperse/km dari fiber 52,6 /0,4 = 131,4 ns /km

2. Hitunglah panjang gelombang, dalam meter untuk kasus berikut:a. Sinyal listrik dari gelombang suara yang memiliki frekuensi 3 khzb. Gelombang pembawa radio win dengan frekuensi 1,010 mhzc. Tv kanal 2 dengan frekuensi 57 mhzd. Kanal 36 vhf dengan frekuensi 605 mhze. Sinyal inframerah jauh dengan frekuensi 1,00 ghzf. Sinyal inframerah dengan frekuensi 0,35 1015 hzg. Sinar kuning dengan frekuensi 0,5 1015 hz3. Temukan kecapatan cahaya dalam media berikuta. Silica padat, n = 1,46b. Polystyrene, n = 1,6c. Sapphire, n = 1,8d. Silikon, n = 3,5Sebuah berkas cahaya diluncurkan ke dalam serat optik yang terbuat dari bahan quart. Panjang kabel 500 m. Berapa lama cahaya akan merambat di dalam serat, anggap bahwa cahaya merambat dalam serat dengan lintasan lurus sejaja sumbu serat optik.4. A. Tentukan intensitas cahaya (dalam w / cm2) di mana rasio batas kedua ke pertama di (19,1-2) adalah 1% dalam adp (nh4h2p04) kristal yang n = 1,5 dan d = 6,8 x 1o-24 c/v2 (mks unit) pada 0 = 1.06m.b. Tentukan intensitas cahaya di mana batas ketiga (19,1-2) adalah 1% dari batas pertama dalam karbon disulfida (cs2) dimana n = 1,6, d = 0, dan x(3) = 4,4 x 10-32 (mks unit) pada 0 = 694 nm.Catatan: intensitas cahaya i = |0|2/2 = < 2>/ , dimana = o/ 377 adalah impedansi medium dan o = (o /o) 1/2 377 adalah impedansi ruang bebas.5. Ketiga-order nonlinear optical media pameran efek electro-optic, kerr amonochromatic bidang optik e () adalah insiden pada media nonlinear orde ketiga di hadapan mantap medan listrik e (0). Bidang optik jauh lebih kecil daripada medan listrik, sehingga . Gunakan (21,3-1) untuk menunjukkan bahwa komponen pnl dari frekuensi sekitar diberikan oleh pnl . Tunjukkan bahwa komponen ini polarisasi setara dengan perubahan indeks bias? 6. di mana

Proporsionalitas antara perubahan indeks bias dan medan listrik squared adalah kerr (kuadrat) efek elektro-optik yang dijelaskan dalam sec. 20.1a, di mana s adalah koefisien kerr.7. Spontan parametric downconversion (spdc). Dalam spdc, a memompa gelombang frekuensi 3 menciptakan pasang gelombang 1 dan 2, pada frekuensi 1 dan 2, an sudut 1 dan 2, semua memenuhi kondisi-frekuensi dan fase-matching (21,2-25). Sebagai contoh, dalam type-i ooe kasus, n1 = no (1), 2 = tidak ada (2) dan n3 = n (, 3). Hubungan ini bersama-sama dengan persamaan sellmeier tanpa () dan ne () menghasilkan sebuah kontinum solusi (1, 1), (2, 2) untuk sinyal dan gelombang pemalas, seperti yang digambarkan oleh contoh pada gambar. 21,2-13.

Gambar 5.17

Gambar 21,2-13 kurva tuning untuk non-collinear type-i ooe downconversion parametrik spontan dalam kristal bbo pada sudut = 33,53 untuk pompa 351,5 nm (dari laser ar +-ion). Masing-masing titik di daerah terang gambar tengah mewakili 1 frekuensi dan sudut 1 dari kemungkinan turun-dikonversi gelombang, dan memiliki titik yang cocok pada frekuensi pelengkap 2 = 3 - 1 dengan 2 sudut. Frekuensi dinormalisasi dengan frekuensi merosot o = 3 / 2. Sebagai contoh, dua titik yang ditampilkan menunjukkan sepasang gelombang turun-dikonversi pada frekuensi 0.9o dan 1.1o. Karena simetri melingkar, setiap titik sebenarnya cincin poin semua frekuensi yang sama, tetapi masing-masing titik pada cincin cocok hanya satu titik diametris berlawanan pada cincin yang sesuai, seperti digambarkan dalam graph yang tepat.

17. KESIMPULANa. Optik nonlinier adalah ilmu pengetahuan modern terbaru yang berhubungan dengan fenomena fisika yang terjadi akibat medan yang ditimbulkan oleh laser.b. Polarisasi Non-linier adalah Ketika kekuatan medan listrik yang digunakan tinggi, maka p tidak dapat meningkat secara linear tanpa batas dengan e dan menjadi jenuh. Oleh karena itu, kita dapat mengantisipasi perilaku nonlinier p pada kekuatan medan yang sangat tinggi. Laser menghasilkan cahaya dari kekuatan medan dari 107 - 1011 v / m, yang dari urutan kekuatan bidang atom.c. Fenomena Optik meliputi Perbaikan optik, Tinggi generasi harmonik, optik pencampuran, Perangsangan hamburan Raman, berfokus sendiri, transparansi cahaya-induced.d. Aplikasi optik linier dalam teknologi, contohnya

18. REFERENSIAby sarojo, ganijanti. 2010. Gelombang dan optika. Jakarta : salemba teknika

Thomas vestergaard andersen.2006. Applications of nonlinear optics and optical fibers. Denmark: department of physics and astronomy & nkt academy,

M.n avadhanulu. 2006. A textbook of optics.s chand and company. New delhi.

H. S. Nalwa, s. Miyata, nonlinear optics of organic molecules and polymers, crc press, boca raton,(1997

R. W. Boyd, nonlinear optics, academic press, rochester, new york (1992)Prasad p.n. and d.j. william, introduction to nonlinear optical effect in molecules and polymers, (1991)Mark d. Peterson et all. 2011. Second harmonic generation imaging with a khz amplifier. May 2011 / vol. 1, no. 1 / optical materials express