અરેખીય પ્રકાશિકી (non-linear optics) : પદાર્થ અને લેઝર વચ્ચેની પારસ્પરિક ક્રિયામાંથી ઉદભવતી વિશિષ્ટ ઘટના. પ્રકાશતરંગો વીજચુંબકીય તરંગોનો એક સીમિત વિસ્તાર છે. 4 × 1014 હર્ટ્ઝથી માંડીને 1 × 1015 હર્ટ્ઝની કંપનઆવૃત્તિવાળા વીજચુંબકીય તરંગો ‘પ્રકાશ’સ્વરૂપે સમજાય છે. તેમના દોલનશીલ (oscillatory) વિદ્યુતક્ષેત્રની અસર નીચે પદાર્થમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રૉન પણ દોલન કરે છે, તેને પરિણામે પદાર્થમાં દોલનશીલ વિદ્યુત ધ્રુવીભવન (polarisation) ઉત્પન્ન થાય છે. આ પ્રેરિત (induced) ધ્રુવીભવનને કારણે પદાર્થ દ્વારા પ્રકાશનાં વક્રીભવન, પરાવર્તન તથા શોષણની ઘટનાઓ સર્જાય છે.
સામાન્ય રીતે પ્રકાશની સાથે સંકળાયેલ વીજચુંબકીય તરંગોના વિદ્યુતક્ષેત્રની પ્રબળતા પદાર્થમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રૉન પર લાગતાં આંતરિક બળોની તુલનામાં ઘણી ઓછી હોવાથી પ્રેરિત ક્ષેત્ર Pની માત્રા પ્રેરક ક્ષેત્ર Eના સમપ્રમાણમાં હોય છે. આ પ્રકારના સંબંધને રેખીય સંબંધ કહેવામાં આવે છે, જેને ગણિતની ભાષામાં P = αE દ્વારા દર્શાવાય છે. પરંતુ લેઝર કિરણની સાથે સંકળાયેલ વિદ્યુતક્ષેત્ર ઘણું શક્તિશાળી હોવાથી યુક્ત રેખીય સંબંધ ના રહેતાં અરેખીય સંબંધ અગત્યનો બને છે. ગણિતની ભાષામાં આને P = αE + βE2 + γE3 …. પ્રકારના સમીકરણથી દર્શાવાય છે. આવી પરિસ્થિતિ થાય ત્યારે પદાર્થ અને લેઝર વચ્ચેની પારસ્પરિક ક્રિયા(interaction)માં કેટલીક વિશિષ્ટ ઘટનાઓ સર્જાય છે, જેને અરેખીય પ્રકાશિકી નામ આપવામાં આવ્યું છે.
ફ્રૅન્કેન અને તેના સહકાર્યકર્તાઓએ રૂબી લેઝર કિરણને ક્વાટર્ઝના સ્ફટિકમાંથી પસાર કરતાં, આ પ્રકારની સૌપ્રથમ ઘટના ઉદભવતી જોઈ; જેમાં મૂળ 6943Å તરંગલંબાઈના કિરણ ઉપરાંત ઉત્સર્જિત પ્રકાશમાં આનાથી અર્ધી તરંગલંબાઈનું (એટલે કે બમણી આવર્તન-માત્રાનું 3471.5Åનું કિરણ પણ હતું. આ પ્રકારની ઘટનાને દ્વિતીય સંવાદી જનરેશન (second harmonic generation) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. (આ પ્રકારની અસરો અવાજના ક્ષેત્રે કંપનપટ્ટીઓ – reeds દ્વારા ઉત્પન્ન થતા સ્વરોમાં harmonics તરીકે જાણીતી છે.)
એમોનિયમ ડાઇહાઇડ્રોજન ફૉસ્ફૅટ (ADP) તથા પોટૅશિયમ ડાઇહાઇડ્રોજન ફૉસ્ફેટ (KDP) – આ બે સ્ફટિકો લેઝર ક્ષેત્રે દ્વિતીય સંવાદી ઉત્પાદન માટે વપરાતા ઘણા જાણીતા સ્ફટિકો છે; અને આ પ્રકારની ઘટના ટૂંકી તરંગલંબાઈના – ખાસ કરીને અલ્ટ્રાવાયોલેટ વર્ણપટમાં લેઝર કિરણ ઉત્પન્ન કરવા માટે ઉપયોગી નીવડી છે.
ઉપર કહેલા દ્વિતીય સંવાદી ઉત્પાદન ઉપરાંત લેઝરના ઉપયોગથી ઘણી વિવિધ પ્રકારની બીજી અરેખીય પ્રકાશિકી ઘટનાઓનું અસ્તિત્વ પ્રયોગશાળામાં સિદ્ધ થયું છે, જેમાં મહત્વની ઘટનાઓ ગુણિત ફોટૉન શોષણ (multi-photon absorption) – જેનો ઉપયોગ લેઝર દ્વારા આઇસોટોપ વિશ્લેષણના ક્ષેત્રે થયો છે તે – સંવાદિત રામન સ્પેક્ટ્રૉસ્કોપી તેમજ જુદી જુદી તરંગલંબાઈની મેળવણી (mixing) સર્જતી ઘટનાઓ છે. છેલ્લે જણાવેલી ઘટનાનો ઉપયોગ રેડિયોતરંગોમાં જે પ્રકારે સંકરણ(heterodyne)-પ્રક્રિયા દ્વારા રેડિયો-ઊર્જા માપી શકાય છે તે જ પ્રમાણે પારરક્ત (infra-red) વર્ણપટમાં વિકિરણ-ઊર્જા માપવા માટે – ખાસ કરીને તો પારરક્ત ખગોળવિજ્ઞાનના ક્ષેત્રે – ઘણી સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે.
અણુઓના ઊર્જાસ્તરોની અતિ ચોકસાઈપૂર્વકની માહિતી માટે પણ અરેખીય પ્રકાશિકી ઘટના પર આધારિત સ્પેક્ટ્રૉસ્કોપી ઘણી જ અગત્યની છે.
જ્યોતીન્દ્ર ન. દેસાઈ