Нелинейная среда

Шаблон:Проводится экспертиза РАН Нелине́йная среда́ — среда, в которой реакция на внешнее возмущение нелинейна по отношению к данному возмущению.

Физические основы

Файл:Самоостановка света.jpg

Самоостановка света в условиях самоиндуцированной прозрачности в однородной нелинейной среде

В общем случае нелинейность любой среды можно описать как

$R_{nl}(D)=Y(D)$,

где $R_{nl}$ — отклик среды на возмущение $D$, а $Y$ — нелинейный оператор, описывающий поведение возмущения в зависимости от его амплитуды.

Принципиальным отличием нелинейной среды от линейной изотропной среды является то, что в нелинейных средах не выполняется принцип суперпозиции, то есть суммарный отклик на группу внешних возмущений не равен сумме откликов на отдельные возмущения. Нелинейные свойства среды чаще всего проявляются при очень сильных внешних воздействиях, и зависят от амплитуды внешнего возмущения. Кроме того, в нелинейных средах могут генерироваться реакции, отличающиеся от вызвавших их возмущений. Например, при падении на нелинейную среду мощного излучения в нелинейной среде могут генерироваться волны, отличающиеся по частоте, направлению и поляризации от падающих, что приводит к появлению гармоник, сложению или вычитанию частот, взаимной интерференции волн, и т. д. Такие среды используются для создания преобразователей частот и преобразования волновых фронтов падающего излучения, в частности, в видимом диапазоне.

Нелинейными средами могут быть твёрдые тела, жидкости и газы. Изучением явлений и эффектов, возникающих в нелинейных средах, занимаются в нелинейной акустике, нелинейной оптике, электродинамике, гидродинамике, механике сплошной среды и др.

На рисунке показана самоостановка одноциклового светового импульса света с длиной волны 700 нм в слое нелинейного материала толщиной 3,2 мкм, состоящего из плотно расположенных двухуровневых атомов, переход между уровнями которых находился в резонансе с частотой падающего света. Плотность атомов составляла $6,3\cdot 10^{22}$ единиц на кубический сантиметр.

Литература

• Ахманов С. А., Хохлов Р. В. Проблемы нелинейной оптики. — Москва : ВИНИТИ, 1964.
• Шен И. Р. Принципы нелинейной оптики. — Москва : Наука, 1964.
• Андронов А. А., Витт А. А., Хайкин С. Э. Теория колебаний. — Москва : Наука, 1981.
• Ахманов С. А., Выслоух В. А., Чиркин А. С. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. — Москва : Наука, 1988.
• Шен И. Р. Принципы нелинейной оптики. — Москва : Наука, 1964.
• Дмитриев В. Г., Тарасов Л. В. Прикладная нелинейная оптика. — Москва : Физматлит, 2004.
• Cai W., Shalaev V. Optical metamaterials. — N. Y., 2005.
• Wegener M. Extreme nonlinear optics. — N. Y., 2005.
• Желтиков А. М. Сверхкороткие импульсы и методы нелинейной оптики. — Москва : Литрес, 2006.
• Манцызов Б. И. Когерентная и нелинейная оптика фотонных кристаллов. — Москва : Физматлит, 2009.
• Дроздов А. А., Козлов С. А. Основы нелинейной оптики. — СПб. : Университет ИТМО, 2021.
• Руденко О. В., Солуян С. И. Теоретические основы нелинейной акустики. — Москва : Наука, 1975.
• Уизем Д. Линейные и нелинейные волны. — Москва : Мир, 1975.
• Новиков Б. К., Руденко О. В., Тимошенко В. И. Нелинейная гидроакустика. — Ленинград : Судостроение, 1981.
• Наугольных К. А., Островский Л. А. Нелинейные волновые процессы в акустике. — Москва : Наука, 1990.
• Руденко О. В., Гурбатов С. Н., Хедберг К. М. Нелинейная акустика в задачах и примерах. — Москва : Физматлит, 1990.
• Гурбатов С. Н., Руденко О. В., Саичев А. И. Волны и структуры в нелинейных средах без дисперсии. — Москва : Физматлит, 1990.

Ссылки

• Нелинейно-оптические устройства обработки информации
• Нелинейные явления в оптических микрорезонаторах

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Нелинейная среда», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Нелинейная_среда» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».