非線形光学とは？
ひせんけいこうがく
非線形光学とは、強いレーザー光が物質中で示す、入射光強度に比例しない特異な光学応答を扱う物理学の分野です。
非線形光学とは、強度の大きな光（主にレーザー光）が物質と相互作用する際に現れる、光強度に線形比例しない現象を研究する物理学の一分野です。通常の光学では物質の分極が電場に比例すると仮定しますが、電場が非常に強くなると高次の項が無視できなくなり、さまざまな非線形現象が生じます。
非線形光学の理論的基礎は非線形分極にあります。物質の分極Pを電場Eの多項式で展開したとき、二次・三次以上の項が存在すると、入射光と異なる周波数の光が発生したり、複数の光波が互いに影響し合ったりします。
主要な非線形光学現象には以下のものがあります。
- 第二高調波発生（SHG）：入射光の2倍の周波数の光が生成される（波長が半分になる）
- 光パラメトリック増幅：1つの光子が2つに分割されて周波数が変換される
- 四光波混合：3つの光波から新たな周波数の光波が生成される
- 自己位相変調：光パルスが自分自身の強度で屈折率を変える
これらの現象は、赤外線レーザー光を可視光に変換する波長変換素子、超短パルスレーザーの制御、光ファイバー通信における信号処理、量子光学・量子情報処理など幅広い分野で活用されています。非線形光学材料の開発も活発に行われています。
使い方・例文
緑色のレーザーポインターの多くは、近赤外レーザー光（1064nm）を非線形光学結晶（KTPなど）に通して波長を半分（532nm、緑色）に変換する第二高調波発生の原理を利用しています。
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