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小火龍果

2023-11-24 09:56

RP 系列激光分析設(shè)計軟件 | 四波混頻

四波混頻

四波混頻是一種由三階光學(xué)非線性引起的非線性效應(yīng)，如aχ(3)系數(shù)。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(zhì)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(chǎn)生新的頻率成分。

假設(shè)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(diào)制，從而產(chǎn)生兩個額外的頻率成分(圖1)。實際上，產(chǎn)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(yù)先存在的波是頻率ν3或者ν4可以被放大，也就是說，它經(jīng)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(shè)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(cè)。
光纖中的四波混頻與自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制有關(guān):所有這些效應(yīng)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(diào)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(yīng)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(dāng)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(zhì)中，相位匹配也可以通過使用光束之間的適當(dāng)角度來實現(xiàn)。

四波混頻的相關(guān)性

四波混頻適用于各種不同的情況。例如:

它可能涉及光纖放大器中的強光譜展寬，例如納秒脈沖。對于某些應(yīng)用，這種效應(yīng)變得非常強，然后被稱為超連續(xù)譜產(chǎn)生。這里涉及到各種非線性效應(yīng)，而四波混頻在泵浦脈沖較長的情況下尤為重要。