Четырехволновое смешение

Перевод Ивана Хахалина

Четырехволновое смешение (ЧВС) – нелинейный эффект, возникающий благодаря оптической нелинейности третьего порядка (χ₃). ЧВС возникает, если как минимум два различных по частоте ν₂>ν₁ пучка распространяются вместе в нелинейной среде, к примеру, по оптическому волокну. При этом возникает модуляция показателя преломления на разностных частотах, что приводит к появлению двух дополнительных частотных компонент.

Их частоты:

ЧВС является чувствительным к фазе явлением. Оно эффективно на длинных дистанциях только в том случае, если соблюдены условия фазового синхронизма. Это, к примеру, случай участия в ЧВС близких по частоте пучков или случай, когда профиль хроматической дисперсии имеет некоторую подходящую форму. В остальных случаях, когда взаимодействующие волны имеют сильное фазовое несоответствие, явление ЧВС сильно подавляется. В объемных средах фазовый синхронизм достигается подбором соответствующего угла пересечения пучков.
 

ЧВС в оптических волокнах относится к явлениям фазовой самомодуляции и фазовой кросс-модуляции. Все эти явления возникают благодаря одной и той же (Керровской) нелинейности и отличаются только степенью вырождения взаимодействующих волн.
 

ЧВС проявляется в различных ситуациях:
 

• • оно может участвовать в сильном спектральном уширении в волоконных усилителях, например, уширение спектра наносекундных импульсов. В некоторых случаях этот эффект проявляется очень сильно и имеет собственное название - генерация суперконтинуума. При этом происходит множество нелинейных эффектов. ЧВС является очень важной составляющей в случае импульсов накачки большой длительности;
• • параметрическое усиление методом ЧВС может использоваться в волоконных оптических параметрических усилителях и генераторах. В таком случае обычно ν₂ = ν₁, в отличие от оптических параметрических генераторов и усилителей, работающих на квадратично нелинейных средах ( χ₂ ) которые накачиваются излучением с частотой, промежуточной между частотой сигнала и частотой побочного пучка;
• • ЧВС является паразитным эффектом в оптической волоконной связи, сильно влияющем на качество связи в случае использования WDM (wavelength division multiplexing - уплотнения с разделением по длине волны или спектрального уплотнения). В WDM ЧВС может вызвать перекрестную помеху (явление влияния сигнала передаваемого по одному каналу на другой канал) между двумя каналами с разной длиной волны, и/или дисбаланс мощностей каналов. Единственный путь позволяющий снизить нежелательное влияние ЧВС на передачу - избегать эквидистантной сетки каналов.
• •  ЧВС применяется в спектроскопии, в большинстве случаев в когерентной антистоксовой рамановской спектроскопии, в которой два входных сигнала создают детектируемый сигнал с несколько более высокой частотой. Применив варьирование задержки между сигналами, можно измерить время жизни возбужденного состояния и время дефазировки.
   
• •  ЧВС также применяется для обращения волнового фронта (ОВФ), динамической голографии, оптической обработки изображений.

По материалам интернет-энциклопедии http://www.rp-photonics.com/