4光波混合

3つの周波数 (f₁, f₂, f₃) が非線形媒質中で相互作用するとき、入射光子の散乱により第4の波長 (f₄) を持つ光子が発生する。

入力光の周波数を f₁, f₂, f₃ とすると、非線形系では

${\displaystyle \pm f_{1}\pm f_{2}\pm f_{3}}$

の周波数の光が生じる。このうち、システムの性能を最も損うものは次のように計算される。

${\displaystyle f_{ijk}=f_{i}+f_{j}-f_{k},\mathrm {where} \,i,j\neq k}$

これは、これらの周波数が入射周波数のどれかと近いためである。

入力信号が3つの場合の計算では 12 の干渉周波数が生成されるが、そのうち3つが元の入射周波数に近い。

4光波混合は2つの周波数しかないときでも発生する。

${\displaystyle f_{0}=f_{1}+f_{1}-f_{2}}$

この、3つの要素がカップリングする現象は非縮退4光波混合と呼ばれ、3つの光波の場合と同一の性質を示す。

4光波混合は、複数の波長の光を同じ時間間隔、チャンネル間隔で送信する光波長多重通信 (WDM) に用いられる光ファイバーにおいて、波長間のチャンネル間隔が狭い場合 (Dense WDM) や信号パワーレベルが高い場合に問題となる。色分散を大きくすると信号のコヒーレンスが失われて、言い換えれば位相整合が失われて4光波混合効果は低減される。WDM システムにおける干渉4光波混合は、チャンネル間クロストークとして知られる。4光波混合はチャンネル間隔を不均等にするか、分散の大きいファイバーを使用することにより回避できる。

4光波混合は光位相共役、パラメトリック増幅、スーパーコンティニウム（英語版）発生、周波数コム発生に基くマイクロ共振器に応用がある。4光波混合に基くパラメトリック増幅器および発振器は3次の非線形性を利用しており、2次の非線形性を用いている通常のパラメトリック発振器とは異なる。