光学

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翻译样例: 非線性光學與光孤子簡介
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線性或非線性是指光通過介質時的性質,而不是光本身的性質。非線性的行為是不可能在真空中發生的。光與光的相互作用是憑藉著其介質而發生的。光改變了介質的性質,而介質又改變了另一道光或甚至改變了原來的那道光。

我們知道介電介質中一電磁波( 光波) 的進行可以完全表示為極化強度與電場強度(electric-field vector) E(r,t) 之關係式。一般將與 E(r,t)視為系統的輸出與輸入。而P(r,t) 與 E(r,t)之間的數學關係決定了此系統(介質)的特性。若數學關係為非線性,則此物體即稱為非線性介質。

另一種相當有趣的效應則是自聚焦的現象。當一道強烈的光束通過一光學克爾效應介質時,由於介質折射率會隨光的強度正比改變,故光束的中心強度較強會有較高的折射率,而外圍的光則會向折射率高的部份偏折,導致中心強度越高,而外圍光束又更像中心聚集,所以我們稱為這個現象就是非線性光學的自聚焦效應。當一道狹窄的光束在線性均勻的介質中傳播時,會因為繞射的作用而使得光束的大小自然變寬;而根據測不準原理,我們同時知道在光束越狹窄的情況下,繞社的作用會更明顯。

在另一方面,科學家們發現某些材質具有非線性的光學性質,其折射率可以藉著光的存在而有所改變,並進而使光束的傳導性質受到影響。例如在某些非線性光學性質的材料中,較高的光強度會導致較高的折射率,因此若將一束光強度分佈為高斯形式的光束(Gaussian Beam)射入這樣的材料中,會使得光束在越靠近中心的地方有著越高的折射率,而使光束產生會聚的效應,這樣的效應稱為自聚焦效應,而這樣的介質稱為自聚焦介質;然而在另一些自散焦的介質中,則有相反的情況發生。

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