Óptica lineal

La óptica lineal es un subcampo de la óptica , que consta de sistemas lineales , y es lo opuesto a la óptica no lineal . La óptica lineal incluye la mayoría de las aplicaciones de lentes, espejos, placas de ondas, rejillas de difracción y muchos otros componentes y sistemas ópticos comunes.

Si un sistema óptico es lineal, tiene las siguientes propiedades (entre otras):

• Si la luz monocromática ingresa a un sistema óptico lineal inmutable, la salida tendrá la misma frecuencia. Por ejemplo, si la luz roja entra en una lente, seguirá siendo roja cuando salga de la lente.
• El principio de superposición es válido para sistemas ópticos lineales. Por ejemplo, si un espejo transforma la entrada de luz A en la salida B y la entrada C en la salida D, entonces una entrada que consta de A y C simultáneamente dará una salida de B y D simultáneamente.
• De manera relacionada, si la luz de entrada se vuelve más intensa, entonces la luz de salida se vuelve más intensa pero por lo demás no cambia.

Estas propiedades se violan en la óptica no lineal, en la que frecuentemente se utilizan láseres pulsados ​​de alta potencia. Además, muchas interacciones de materiales, incluidas la absorción y la fluorescencia , no forman parte de la óptica lineal.

Transformaciones lineales versus no lineales (ejemplos)

A modo de ejemplo, y utilizando las notaciones entre corchetes de Dirac (ver notaciones entre corchetes ), la transformación es lineal, mientras que la transformación es no lineal. En los ejemplos anteriores, es un número entero que representa el número de fotones. La transformación del primer ejemplo es lineal en el número de fotones, mientras que en el segundo ejemplo no lo es. ^{[ se necesita aclaración ]} Esta transformación no lineal específica juega un papel importante en la computación cuántica óptica. ${\displaystyle |k\rangle \rightarrow e^{ik\theta }|k\rangle }$ ${\displaystyle \alpha _{0}|0\rangle +\alpha _{1}|1\rangle +\alpha _{2}|2\rangle \rightarrow \alpha _{0}|0\rangle +\alpha _{1}|1\rangle -\alpha _{2}|2\rangle }$ ${\displaystyle k=0,1,\ldots }$

Dispositivos ópticos lineales versus no lineales (ejemplos)

Los desfasadores y los divisores de haz son ejemplos de dispositivos comúnmente utilizados en óptica lineal.

Por el contrario, los procesos de mezcla de frecuencias, el efecto óptico Kerr, la modulación de fase cruzada y la amplificación Raman son algunos ejemplos de efectos no lineales en la óptica.

Conexiones a la computación cuántica

Un campo de investigación actualmente activo es el uso de óptica lineal versus el uso de óptica no lineal en computación cuántica . Por ejemplo, un modelo de computación cuántica óptica lineal , el modelo KLM , es universal para la computación cuántica , y se cree que otro modelo, el modelo basado en muestreo de bosones , no es universal (para la computación cuántica), pero todavía parece capaz de resolver algunos problemas exponencialmente más rápido que una computadora clásica.

La transformación no lineal específica (llamada "una puerta" cuando se usa terminología informática) presentada anteriormente, juega un papel importante en la computación cuántica óptica: por un lado, es útil para derivar un conjunto universal de puertas y, por otro lado, , con (solo) dispositivos ópticos lineales y post-selección de resultados específicos más un proceso de retroalimentación, se puede aplicar con una alta probabilidad de éxito y usarse para obtener computación cuántica óptica lineal universal, como se hace en el modelo KLM. . ${\displaystyle \alpha _{0}|0\rangle +\alpha _{1}|1\rangle +\alpha _{2}|2\rangle \rightarrow \alpha _{0}|0\rangle +\alpha _{1}|1\rangle -\alpha _{2}|2\rangle }$

Ver también

• Portal de física

• Óptica
• Óptica cuántica
• Óptica no lineal
• Computación cuántica óptica lineal (LOQC)
• Modelo KLM para LOQC
• Espacio de fase óptica
• Física óptica
• Luz no clásica