四光波混合

四光波混合(FWM：Four-Wave Mixing)[1,2]は光パラメトリック効果の一種であり、2つ以上の異なった波長の光をファイバー中に入射した際に生じる。一般には、3つの異なった波長の光を光ファイバー中に入射した際に、それらのどの波長とも一致しない波長の新たな光が発生する現象である。新たに発生した光はアイドラ(idler)光と呼ばれる。FWMは全ての媒質でSRSに影響することが知られており、光ファイバーにおけるSRSへの影響は詳細に研究されてきた。

FWMは1つまたはそれ以上の波から光子が消滅し、他の周波数のところに新しい光子が作られるときに起こる。これらの光子は、パラメトリック相互作用において全エネルギーと運動量が保存されるように作られる。ここでは、周波数がωp1、ωp2、ωprobe、ωidlerを持つ4つの光波を考える。

FWMは1つの光子がそのエネルギーを周波数ωidler=ωp1+ωp2+ωprobeの光子１個に転換する場合、周波数ωp1、ωp2の2つの光子が消滅し、同時にωprobe+ωidler=ωp1+ωp2を満たす周波数ωprobe、ωidlerの2個の光子を作り出す場合に分けられる。

ωidler=ωp1+ωp2+ωprobeの場合

FWM過程を満たす位相整合条件を、高い効率で起こるようにするのは難しい。しかし、ωp1=ωp2=ωprobeの時は第3高調波の発生、ωp1 = ωp2 = ωprobeの時は周波数ωidler=2ωp1+ωprobeの波への周波数転換となる。