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 onda, 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 entra en un sistema óptico lineal invariable, la salida tendrá la misma frecuencia. Por ejemplo, si la luz roja entra en una lente, seguirá siendo roja cuando salga de ella.
• El principio de superposición es válido para sistemas óptico-lineales. Por ejemplo, si un espejo transforma la entrada de luz A en una salida B, y la entrada C en una salida D, entonces una entrada formada simultáneamente por A y C dará como resultado una salida de B y D simultáneamente.
• De manera similar, si la luz de entrada se hace más intensa, entonces la luz de salida se hace más intensa, pero el resto no cambia.

Estas propiedades no se cumplen en la óptica no lineal, que con frecuencia implica láseres pulsados ​​de alta potencia. Además, muchas interacciones de materiales, como la absorción y la fluorescencia , no forman parte de la óptica lineal.

Transformaciones lineales y no lineales (ejemplos)

Como ejemplo, y utilizando la notación de corchetes de Dirac (ver notación de corchetes ), la transformación es lineal, mientras que la transformación es no lineal. En los ejemplos anteriores, es un entero que representa el número de fotones. La transformación en el primer ejemplo es lineal en el número de fotones, mientras que en el segundo ejemplo no lo es. ^{[ aclaración necesaria ]} 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 y no lineales (ejemplos)

Los cambiadores de fase 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 Kerr óptico, la modulación de fase cruzada y la amplificación Raman son algunos ejemplos de efectos no lineales en óptica.

Conexiones con la computación cuántica

Un campo de investigación actualmente activo es el uso de la óptica lineal frente al uso de la óptica no lineal en la 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 aún parece ser capaz de resolver algunos problemas exponencialmente más rápido que una computadora clásica.

La transformación no lineal específica (llamada "puerta" cuando se utiliza la terminología de la ciencia de la computación) 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 dispositivos ópticos lineales (solo) y posselección de resultados específicos más un proceso de avance, se puede aplicar con alta probabilidad de éxito y usarse para obtener computación cuántica óptica lineal universal, como se hace en el modelo KLM . ${\displaystyle \alpha _{0}|0\rangle +\alpha _{1}|1\rangle +\alpha _{2}|2\rangle \rightarrow \alpha _{0}|0\rangle +\alpha _{1}|1\rangle -\alpha _{2}|2\rangle }$

Véase 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