Optik non linier

Optik 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 dalam optical switching masih 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 tinggi

6.         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 nonlinear

Berikut 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 antara
polarisasi - 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).