Nelineární optika

Nelineárně optické jevy jsou způsobeny nenulovými vyššími členy ${\displaystyle \chi _{ijk}^{(2)}}$, ${\displaystyle \chi _{ijkl}^{(3)}}$, ... v rozvoji pro elektrickou polarizaci prostředí:

${\displaystyle P_{i}=\sum _{j}\chi _{ij}^{(1)}E_{j}+\sum _{j,k}\chi _{ijk}^{(2)}E_{j}E_{k}+\sum _{j,k,l}\chi _{ijkl}^{(3)}E_{j}E_{k}E_{l}+\ldots }$

Ze symetrie plyne, že ${\displaystyle \chi _{ijk}^{(2)}}$ má nenulové členy jen na rozhraní materiálů nebo uvnitř takových materiálů, jejichž stavba není středově souměrná.

Po dosazení harmonického průběhu elektrického pole vychází v průběhu polarizace i frekvenční složky o dvojnásobné nebo trojnásobné frekvenci. Tyto složky se pak vyzařují a přičítají zpět do elektrického pole.

V případě objemové nelinearity je třeba zajistit tzv. fázovou synchronizaci, při níž nenastává fázový posuv mezi čerpací vlnou a vlnami vyšších harmonických. Není-li dodržena, nastane stejným mechanismem přenos energie z vzniklé vlny (tj. 2. či 3. harmonické) zpět na čerpací vlnu. Obvyklé metody zajištění fázové synchronizace jsou periodické pólování krystalu, úhel natočení u anizotropního krystalu nebo nastavení vhodné teploty. Často používané materiály jsou BBO, LBO nebo LiNbO₃.

Nelineární jevy na rozhraních na fázovou synchronizaci citlivé nejsou. Byly pozorovány na řadě různých prostředí, například na povrchu kovů, v~závěrných vrstvách polovodičů, na Schottkyho bariérách, na tenkých vrstvách supravodičů nebo feromagnetik.

Nelineární konverze frekvencí je dnes nejčastěji využívaným jevem z nelineární optiky. Příkladem jsou zelená laserová ukazovátka, v nichž je infračerveného záření miniaturního laseru s vlnovou délkou 1064 nm proměněno na druhou harmonickou 532 nm, což je zelené světlo.