Γιατί οι ιδιότητες NLO υπάρχουν σε μη κεντροσυμμετρικά υλικά;
1. Συμμετρία αναστροφής:
* κεντροσυμμετρικά υλικά: Διαθέτει ένα κέντρο αναστροφής, που σημαίνει για κάθε άτομο στο υλικό, υπάρχει ένα πανομοιότυπο άτομο που βρίσκεται σε ίση απόσταση, αλλά στην αντίθετη πλευρά του κέντρου. Αυτή η συμμετρία υπαγορεύει ότι η ανταπόκριση του υλικού σε ένα ηλεκτρικό πεδίο είναι πάντα συμμετρική.
* Μη κεντροσυμμετρικά υλικά: Δεν υπάρχει αυτό το κέντρο αναστροφής. Η δομή τους είναι ασύμμετρη, επιτρέποντας μια μη συμμετρική απόκριση σε ένα ηλεκτρικό πεδίο.
2. Αλληλεπίδραση του φωτός και της ύλης:
* Γραμμική οπτική: Σε κεντροσυμμετρικά υλικά, το φως αλληλεπιδρά γραμμικά. Αυτό σημαίνει ότι η πόλωση του φωτός είναι άμεσα ανάλογη προς το εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο. Σκεφτείτε αυτό σαν ένα ελατήριο που εκτείνεται αναλογικά με τη δύναμη που εφαρμόζεται.
* Μη γραμμική οπτική: Στα μη κεντροσυμμετρικά υλικά, η ανταπόκριση του υλικού στο ηλεκτρικό πεδίο του φωτός δεν είναι γραμμική. Αυτό σημαίνει ότι η πόλωση δεν είναι μόνο ανάλογη προς το ηλεκτρικό πεδίο αλλά και με τις υψηλότερες δυνάμεις του πεδίου. Φανταστείτε ότι η άνοιξη τώρα γίνεται πιο σκληρή ή πιο χαλαρή ανάλογα με τη δύναμη της εφαρμοσμένης δύναμης. Αυτή η μη γραμμική συμπεριφορά μπορεί να οδηγήσει σε διάφορα φαινόμενα NLO.
3. Φαινόμενα NLO:
* Δεύτερη αρμονική γενιά (SHG): Το φως του προσπίπτοντος σε μια συγκεκριμένη συχνότητα μετατρέπεται σε φως σε διπλάσια συχνότητα.
* Οπτική διόρθωση: Ένα στατικό ηλεκτρικό πεδίο δημιουργείται σε απόκριση του προσπίπτοντος φωτός.
* Ηλεκτρο-οπτικό αποτέλεσμα: Ο δείκτης διάθλασης του υλικού μπορεί να αλλάξει εφαρμόζοντας ένα ηλεκτρικό πεδίο.
* Γενιά αθροιστικής συχνότητας: Δύο διαφορετικές συχνότητες του φωτός αλληλεπιδρούν για να παράγουν φως στο άθροισμα αυτών των συχνοτήτων.
* γενιά διαφοράς-συχνότητας: Δύο διαφορετικές συχνότητες του φωτός αλληλεπιδρούν για να παράγουν φως στη διαφορά αυτών των συχνοτήτων.
Γιατί η μη κεντροροσυμμετρία έχει σημασία:
Η απουσία συμμετρίας αναστροφής επιτρέπει μια μη μηδενική ευαισθησία δεύτερης τάξης (χ (2)) στο υλικό. Αυτή η ευαισθησία περιγράφει τη μη γραμμική απόκριση του υλικού στο ηλεκτρικό πεδίο του φωτός. Σε κεντροσυμμετρικά υλικά, χ (2) είναι πάντα μηδενική, που σημαίνει ότι δεν είναι δυνατή η δεύτερη τάξη NLO.
Παραδείγματα:
* Κρυσταλλικά υλικά: Πολλοί κρύσταλλοι, όπως το φωσφορικό χαλαζία και το φωσφορικό διϋδρογόνο κάλιο (KDP), παρουσιάζουν ιδιότητες NLO λόγω των μη κεντροευμετρικών δομών τους.
* Οργανικά υλικά: Ορισμένα οργανικά μόρια, όπως τα πολυμερή και οι βαφές, μπορούν επίσης να κατασκευαστούν ώστε να είναι μη κεντροευμετρικά, οδηγώντας σε δραστηριότητα NLO.
Συμπερασματικά: Η έλλειψη συμμετρίας αναστροφής σε μη κεντροευμετρικά υλικά επιτρέπει μια μη γραμμική αλληλεπίδραση με το φως, οδηγώντας στην παρατήρηση μιας σειράς φαινομένων NLO. Αυτά τα φαινόμενα είναι ζωτικής σημασίας σε διάφορες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της τεχνολογίας λέιζερ, των οπτικών επικοινωνιών και της βιοαποθέτησης.
