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.3

noname#11476 · ベストアンサー

まずちょっと訂正させてください。 Degenerated ではなくて Degenerate でした。
（DFWMはもう十年以上前にやってたことなので、間違い勘弁してくださいな）

>「Nearly(Non?) Degenerated Four Wave Mixing=自己位相変調」
うーん。そういうわけではないのですが。
通常 NDFWMの場合は３つ入力する光の一つの周波数を初めから少し変えておきます。

もう少し詳しく説明しましょうか。
まず非線形光学効果で屈折率が変化するのは、レーザ光を入射すると、

１）光が入射される（光強度０からいきなり一定の光強度に）
２）光強度に応じた屈折率の変化がおき始める。（Ａ）
３）それにあわせて周波数の変調が起きる（ここで自分自身を変調している）（Ｂ）
４）光強度に見合った屈折率に到達する。
５）周波数の変調がなくなる。

というのが自己位相変調ですね。
ではＤＦＷＭがどうなるか見てみましょう。

１）３つの光が入射する（ポンプ光２つ、プローブ光一つ）
２）上記光により瞬時にして干渉縞が形成される
３）干渉縞の強度にあわせて屈折率の変化がおき始める（Ａ）
　　これは屈折率の格子分布が形成され始めることを意味します。
４）その形成された格子分布により、ポンプ光が回折を起こす。（Ｂ）
　　この回折した光はプローブ光の位相共役波となります。
５）屈折率分布が強度に見合ったものになり、安定する
６）位相共役波の強度も安定する。

２つの現象を見ると、
「光強度に応じた屈折率変化がある（Ａ）」
「光強度を形成している入射光がその屈折率の影響を受けている（Ｂ）」
という点が同一であるということです。
これが物理的現象が同一という意味です。
自己位相変調で周波数が変化するというのはその結果引き出された結果でしかなくて、自己位相変調では周波数の変化として表れ、ＤＦＷＭでは位相共役波の発生という形であらわれているに過ぎないということなんですね。

ご理解いただけたでしょうか。

お礼

お礼が遅くなりました．詳しいご解答ありがとうございます．
少しだけわかってきたような気がします．
3次の非線形項は
P_nl=ε_0 χ^(3) : EEE
でE1，E2，E3で展開すると色々な位相共役の項がでてきて，項毎にSPM，XPM，FWMに分けられるので，SPMとFWMは明確な区別があるということですね．
上でおっしゃっていることは，FWMでは位相整合が必要だけど，SPMでは必要ない(自分自身だから)のが一番大きな違いということですね？
光ファイバなどを伝送することを考えると，分散があるので(SPMは起きるけどFWMは位相整合が取れないので非常におきにくい)違う現象として区別しなくてはいけないということですね．
ただ，例えばあまり考えにくいのですが，例外的にファイバが全波長領域にわたって0分散だとすると(位相整合が合っている状態)，SPMもFWMも同じ現象として観測されるような気もしています．．．