四波混頻
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so 四波混頻是一種由三階
光學(xué)非線性引起的非線性效應(yīng)，如aχ(3)系數(shù)。如果至少兩個(gè)不同的光頻率分量在諸如
光纖的非線性介質(zhì)中一起傳播，則可能發(fā)生這種情況。
{ AdPC?R` 圖1:通過四波混頻產(chǎn)生新的頻率成分。
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假設(shè)只有兩個(gè)同向傳播的輸入頻率成分ν1和ν2(與ν2>ν1)，就會發(fā)生差頻折射率調(diào)制，從而產(chǎn)生兩個(gè)額外的頻率成分(圖1)。實(shí)際上，產(chǎn)生了兩個(gè)新的頻率分量:ν3=ν1−(ν2−ν1)=2ν1−ν2和ν4=ν2+(ν2−ν1)=2ν2−ν1如圖1所示。(或者，人們可以獲得頻率ν5=2ν1+ν2和ν6=ν1+2ν2，但是這并不常見，因?yàn)樗茈y相位匹配，例如在光纖中)此外，預(yù)先存在的波是頻率ν3或者ν4可以被放大，也就是說，它經(jīng)歷了參量放大 [3].
pHSq,XP- BR;f! 簡并和非簡并四波混頻
S4 50 8l Z<T%:F 在上面的解釋中，假設(shè)四個(gè)不同的頻率分量通過四波混頻相互作用。這叫做非簡并四波混頻。然而，也存在簡并四波混頻的可能性，其中四個(gè)頻率中的兩個(gè)重合。例如，可以有單個(gè)泵浦波為相鄰的頻率分量(信號)提供放大。對于添加到信號波的每個(gè)
光子，兩個(gè)光子從泵浦波中被帶走，一個(gè)光子被放入閑頻波，其頻率在泵浦的另一側(cè)。
`'H"| WsT 光纖中的四波混頻與自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制有關(guān):所有這些效應(yīng)都源于相同的(克爾)非線性，不同之處僅在于所涉及的波的簡并性。調(diào)制不穩(wěn)定性也可以解釋為四波混頻的效果。
G'T/I\tB cPZD# ";f 相位匹配
v0&E!4q*' :f<3`x' 由于四波混頻是一個(gè)相位敏感過程(即，相互作用取決于所有
光束的相對相位)，因此只有滿足相位匹配條件(受色散影響，但也受非線性相移影響)，其效應(yīng)才能在較長距離上有效累積，例如在光纖中。
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/yaZ` 如果所涉及的頻率彼此非常接近，或者如果色散曲線具有合適的形狀，則近似給出相位匹配。在其他情況下，當(dāng)存在強(qiáng)烈的相位失配時(shí)，四波混頻被有效地抑制。
{L^b['h@ 在塊狀介質(zhì)中，相位匹配也可以通過使用光束之間的適當(dāng)角度來實(shí)現(xiàn)。
fS+Ga1CsH , g\%P5 四波混頻的相關(guān)性
|7KW '= O \ W K ly 四波混頻適用于各種不同的情況。例如:
x2/L`q"M?= OLp;eb1g 它可能涉及光纖放大器中的強(qiáng)
光譜展寬，例如納秒脈沖。對于某些應(yīng)用，這種效應(yīng)變得非常強(qiáng)，然后被稱為超連續(xù)譜產(chǎn)生。這里涉及到各種非線性效應(yīng)，而四波混頻在泵浦脈沖較長的情況下尤為重要。
xO"fg9 a @5jJoy(mX@ 通過四波混頻的參量放大可以用于基于光纖的光參量放大器(opa)和振蕩器(opo)。這里，頻率ν1和ν2往往不謀而合。與基于χ(2)非線性介質(zhì)的opo和opa相比，這種基于光纖的器件具有介于信號和閑頻信號之間的泵浦頻率。
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