光通信の非線形性

質問

自己位相変調と縮退四光波混合は同じ物理現象だとどこかで見たことがありますが本当ですか？本当だとすると，自己位相変調によって周波数スペクトル形状が変化する理由がわかりません．

回答No.2

noname#11476

「縮退」四光波混合(Degenerated Four Wave Mixing)とは、エネルギー的に縮退しているという意味です。
つまり、周波数は全部同じという意味なんですね。
しかし、四光波混合(Four Wave Mixing)は、必ずしも Degenerated ではありません。
Neary Degenerated もあります。
つまり過渡的な応答など位相変調が掛かるときには縮退しませんので、周波数の変化を伴います。
結果自己位相変調と同様に周波数は変化します。

自己位相変調はよくパルスレーザ（研究初期にはルビーレーザが使われました）のチャーピング現象などで見られますが、これらはどれも過渡応答ですから、安定していない状態の時です。

同様にFour Wave Mixingでも過渡応答の時には必ずしもDegenerated（縮退）しているわけではありません。

他にも二光波混合(Two Wave Mixing)があります。こちらの場合は、片方の周波数を少し変調して増幅、減衰させたりしますね。
このときには当然周波数は単一ではなく、縮退していません。

つまり、自己位相変調と縮退四光波混合が同じ物理現象であるという意味は、縮退しているかどうかという視点ではなく、自分自身の光によって非線形屈折率が発生して、自分自身がその影響を受けて変調される点が同じであるという意味なんです。

では。

お礼

お礼が遅くなりました．詳しいご回答ありがとうございます．とても参考になりました．

整理すると「Nearly(Non?) Degenerated Four Wave Mixing=自己位相変調」という認識でよいのですね．

まだ「自分自身がその影響を受けて変調される点が同じ」というところが良く理解できていないのですが，つまりは（自己位相変調では自分自身が変調を受けるのは当たり前として）四光波混合でも自分自身が変調を受けるということなのでしょうか．直感的な理解としては四光波混合の過程で吸収が過渡的に変化することによって伝搬速度が変化して，その結果自分自身が位相変調を受けるということなのでしょうか．そちらの専門でないのですがちょうど電磁誘導透過と同じようなイメージを持っています．

四光波混合の場合誘導光が必要ですが，光は過渡状態にあるので，わずかにずれた周波数の光(w1)が存在して，それが異なる周波数(w2)の光に作用する(w2=w+w-w1)のですね．