四光波混合

四光波混合は、三次の光学的非線形性から生じる非線形効果であり、三次の非線形係数は χ⁽³⁾ で表される。これは、少なくとも2つの異なる周波数成分が、光ファイバーのような非線形媒体中で一緒に伝搬する場合に発生する可能性がある。 2つの入力周波数成分ν₁ とν₂（ν₂>ν₁）だけを仮定すると、周波数の差で屈折率変調が起こり、2つの追加的な周波数成分が生成される(図1)。実際には、ν₃ = ν₁ − (ν₂ − ν₁) = 2 ν₁ − ν₂とν₄ = ν₂ + (ν₂ − ν₁) = 2 ν₂ − ν₁の2つの新しい周波数成分が生成されます。さらに周波数ν₃またはν₄のすでにある波を増幅すること、すなわちパラメトリック増幅を行うことができる[3]。

図1 : 四光波混合による新しい周波数成分の生成。

上記の説明では、四つの異なる周波数成分が四光波混合によって相互作用すると仮定した。これは非縮退四光波混合と呼ばれている。しかし、4つの周波数のうちの2つが一致する縮退四光波混合の可能性もある。例えば、隣接する周波数成分（信号）を増幅する単一のポンプ波が存在し得る。信号光に加えられる光子ごとに、2つの光子がポンプ波から取り出され、一つはそのポンプの他の側の周波数を持つアイドラー光に加えられる。

四光波混合は位相に敏感なプロセス（すなわち、相互作用は全てのビームの相対位相に依存する）であるので、その効果は、位相整合条件が満たされた場合にのみファイバーのような長距離にわたって効率的に蓄積することができる。これは、関係する周波数がお互いに近い場合、または波長分散プロファイルが適切な形状を有する場合にほぼ当てはまる。他の場合には、強い位相不整合が存在する場合、四光波混合が効果的に抑制される。バルク媒体では、ビーム間の適切な角度を使用することによって位相整合を達成することもできる。