اثر کر
برهمکنش غیرخطی نور در محیط با یک پاسخ آنی، مربوط به قطبش غیرخطی الکترونیکی.
اثر کر

تعریف: برهمکنش غیرخطی نور در محیط با یک پاسخ آنی، مربوط به قطبش غیرخطی الکترونیکی.
اثر کر، یک اثر اپتیکی غیرخطی است و هنگامی رخ می دهد که نور شدیدی در کریستال ها، شیشه ها و همچنین در محیط دیگر مانند گازها منتشر شود. این امر به علت قطبش غیرخطی ایجاد شده در محیط رخ می دهد که خود نور خواص انتشار نور را تغییر می دهد. اثر کر اثر یک پاسخ غیرخطی رویداد لحظه ای است که به صورت تغییر ضریب شکست توصیف می شود. به ویژه، ضریب شکست محیط برای پرتو نور با شدت بالا به صورت زیر تغییر می کند:

 
 
که n2 ضریب شکست غیرخطی و I شدت اپتیکی است. برای مثال می توان مقدار n2 یک محیط را با تکنیک z-scan اندازه گیری کرد. قابل توجه است که علاوه بر اثر کر (اثر الکترونیکی کاملاً غیرخطی)، تنگش الکتریکی[1] نیز به طور قابل توجهی در مقدار ضریب شکست غیرخطی سهیم می شود. میدان الکتریکی نور باعث تغییرات چگالی می شود (امواج آکوستیکی) که خودشان از طریق اثر فوتوالاستیکی، ضریب شکست را تحت تأثیر قرار می دهند. هر چند، آن مکانیزم، در یک مقیاس زمانی بسیار طولانی تر اتفاق می افتد و فقط برای مدولاسیون هایی با توان نسبتاً کند و نه برای پالس های فوق کوتاه مربوط  است.
ضریب غیرخطی فیوسیلیکا، همانند فیبرهای سیلیسی، حدود3×10−16  سانتیمتر مربع بر وات است. به دلیل وابستگی شدید این ضریب به اندازه گاف انرژی، در شیشه های نرم و به ویژه نیمه هادی ها، این ضریب مقدار بزرگتری دارد. همچنین برای انرژی های فوتون بیشتر از 70% گاف انرژی، غیر خطیت منفی است (غیر خطیت خود-واکانونی[2]).  
ضریب شکست وابسته به زمان و فرکانس منجر به مدولاسیون خود به خودی فاز و اثر لنزی کر می‌شود و همچنین در همپوشانی پرتوهای متفاوت نور به مدولاسیون متقابل فاز منجر می شود. قابل توجه این که مطابق با معادله ذکر شده، تغییرات ضریب شکست برای پرتویی که شدت نسبی بیشتری دارد در حدود دو برابر دیگر پرتوها افزایش می یابد. در این حالت فرض کرده ایم که هر دو پرتو حالت قطبش یکسانی دارند.
توصیف اثر کر از طریق ضریب شکست وابسته به شدت دقیقاً بر مبنای یک تقریب خاصی است و برای نوری با پهنای باند اپتیکی کوچک معتبر است. برای پالس های با باند پهن و خیلی کوتاه، انحرافی از این رفتار ساده مشاهده شده است که self-steepening نامیده می شود. این اثر سرعت انتشار قله پالس را کاهش می دهد (سرعت گروه را کاهش می دهد) و بنابراین منجر به افزایش  شیب قسمت دنباله پالس می شود. این اثر مربوط به تولید فوق پیوستگی[3] است. علاوه بر این می‌دانیم که اثر کر در شدت های اپتیکی خیلی بالا به اشباع می‌رسد.
در شدت های اپتیکی فوق العاده بالا، ممکن است متناسب با شدت، ضریب شکست افزایش بیشتری نداشته باشد و اشباع یا حتی کاهش قابل توجه ضریب شکست رخ می دهد. این اثر به عنوان یکی از اثرات یونیزاسیون چند فوتونی[4] شناخته می شود و منجر به تلفات القایی که مرتبط با تغییرات اضافی فاز از طریق روابط کرامرز- کرونیگ[5] می‌شود.
قطبش غیرخطی با پاسخ تأخیری (غیر لحظه ای) را به سادگی نمی‌توان با اصلاح ضریب شکست توصیف کرد. این اثر پراکندگی رامان نامیده می شود و  نمی‌توان آن را به عنوان بخشی از اثر کر در نظر گرفت.
 
 

[1] Electrostriction
[2] Self-Defocusing Nonlinearity
[3] Supercontinuum
[4] Multiphoton Ionization
[5] Kramers–Kronig
 


   |    1397/4/5