石英(SiO2)系光ファイバーは本質的に非線形性が小さい媒質である。しかし光ファイバーはレーザー光を径10μm以下の非常に狭い空間に閉じ込めるため電磁場のパワー密度が高くなり、さらに物質と光との相互作用長が長いことから様々な非線形相互作用が顕著に現れる。電界強度が高いときには誘電分極⃗PはEに比例しなくなり

非線形光学効果

のように2次、3次…の高次の分極が無視できなくなってくる。ここでε0は真空の誘電率、χは線形感受率、Eは電界である。この高次の分極を非線形分極という。

感受率

2次の感受率

2次の感受率2次の感受率χ2は第2高調波発生や和周波発生などの2次の非線形光学効果を生み出す。しかし光ファイバーはその対称的な分子構造ゆえ、通常2次の非線形光学効果を示さない。光ファイバーの非線形光学効果は主に3次の感受率χ3により引き起こされる。

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