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光行天下 -> OptiSystem,PhotonDesign,Rsoft -> RP 系列激光分析設計軟件 | 四波混頻 [點此返回論壇查看本帖完整版本]

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小火龍果

2023-11-24 09:56

RP 系列激光分析設計軟件 | 四波混頻

四波混頻

四波混頻是一種由三階光學非線性引起的非線性效應，如aχ(3)系數。如果至少兩個不同的光頻率分量在諸如光纖的非線性介質中一起傳播，則可能發(fā)生這種情況。

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圖1:通過四波混頻產生新的頻率成分。

假設只有兩個同向傳播的輸入頻率成分ν1和ν2(與ν2>ν1)，就會發(fā)生差頻折射率調制，從而產生兩個額外的頻率成分(圖1)。實際上，產生了兩個新的頻率分量: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，因為它很難相位匹配，例如在光纖中)此外，預先存在的波是頻率ν3或者ν4可以被放大，也就是說，它經歷了參量放大 [3].

簡并和非簡并四波混頻

在上面的解釋中，假設四個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，其中四個頻率中的兩個重合。例如，可以有單個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光子，兩個光子從泵浦波中被帶走，一個光子被放入閑頻波，其頻率在泵浦的另一側。
光纖中的四波混頻與自相位調制和交叉相位調制有關:所有這些效應都源于相同的(克爾)非線性，不同之處僅在于所涉及的波的簡并性。調制不穩(wěn)定性也可以解釋為四波混頻的效果。

相位匹配

由于四波混頻是一個相位敏感過程(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)，其效應才能在較長距離上有效累積，例如在光纖中。
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，當存在強烈的相位失配時，四波混頻被有效地抑制。
在塊狀介質中，相位匹配也可以通過使用光束之間的適當角度來實現。