質問: 半導体光増幅器中での四光波混合の原理について 半導体光増幅器中での四光波混合の原理について質問です。 光増幅器にω1、ω2の二つの光を入力したとき、うなりによりδω=ω2-ω1で電界の強度がゆらいでそれがキャリア密度などの変動を導き、利得や屈折率が変動し、ω1-δωの新たな光を発生させると理解しています。 しかしこのとき利得や屈折率がδωで変動することでω1ーδωの周波数をもつ光が発生するメカニズムがあまり理解できません。 このことについて詳しい方ご回答をお願いいたします。
回答: 媒質に電界e(ω)が印加されると誘電分極p(ω)が起こりますが、分極には線形成分と非線形成分があり、後者が4光波混合に関係します。 特に3次の非線形分極p(3)(ω)が重要で、この分極が送信アンテナとして働いて、あらゆる周波数の光を放出すると言えばわかりやすいかも知れません。式で表すと、 p(3)(ω)=∫∫χ(3)(ω)×e(ω1)e(ω2)e(ω-ω1-ω2)dω1dω2 (1) となります。χ(3)は3次の感受率テンソルで、ω1,ω2,ω-ω1ω-ω2の関数であり、一般に0でない値をとります。 4光波混合は周波数ω1,ω2,ω3の光から、周波数ω=±ω1±ω2±ω3の光が3次以上の非線形光学効果によって発生する現象ですので、質問文にありますような現象は2次の非線形効果ではないでしょうか?