Кіріспе
Төрт толқынның араласуы (FWM) – сызықтық емес оптикадағы интермодуляциялық құбылыс, онда екі немесе үш толқын ұзындығының өзара әрекеттесуі екі немесе бір жаңа толқын ұзындығын тудырады. Бұл электрлік жүйелердегі үшінші реттік аралық нүктесіне ұқсас. Төрт толқынды араластыру стандартты электрлік жүйелердегі интермодуляциялық бұрмалаумен салыстырылуы мүмкін. Бұл параметрлік сызықтық емес процесс, себебі кіріс фотондарының энергиясы сақталады. FWM фазаға сезімтал процесс, өйткені процестің тиімділігі фазалық үйлесімділік шарттарына күшті тәуелді.
Жиілік жиынтығы мен айырмашылығының генерациясы
Төрт толқынды араластырудың екі көп таралған түрі жиіліктердің қосындысын және айырмасын тудыру деп аталады. Жиіліктердің қосындысын тудыруда үш өріс кіріс ретінде беріледі, ал шығыс – үш кіріс жиілігінің қосындысына тең жаңа жоғары жиілікті өріс болып табылады. Жиіліктердің айырмасын тудыруда әдеттегі шығыс – екі жиіліктің қосындысынан үшіншісін шегеру нәтижесінде алынады. FWM тиімді генерациясы үшін фазалық үйлесімділік шарты қажет: төрт компоненттің байланысты k векторлары жазық толқындар болғанда нөлге тең болуы керек. Бұл маңызды, себебі жиіліктердің қосындысын және айырмасын тудыру жиілікті араластыру ортасындағы резонанс пайдаланылғанда күшейтіледі. Көптеген жағдайларда алғашқы екі фотонның жиіліктерінің қосындысы резонанстық күйге жақын етіледі. Бұл жиіліктердің қосындысын тудыру конфигурациясында қанағаттандыру өте қиын, бірақ жиіліктердің айырмасын тудыру конфигурациясында (π фазалық ығысулар өшірілетін жерде) оңай қанағаттандырылады. Осының салдарынан жиіліктердің айырмасын тудыру, әдетте, жиіліктердің қосындысын тудыруға қарағанда кеңірек реттеліп, орнатуға оңай, сондықтан кванттық тиімділігі төмен болса да, жарық көзі ретінде оған көбірек басымдық беріледі. Барлық кіріс фотондарының бірдей жиілігі (және толқын ұзындығы) бар жиіліктердің қосындысын тудырудың ерекше жағдайы – үшінші гармоникалық генерация (THG).
Төрт толқындық араластыруды дегенерациялау
Төрт толқындық араласу екі компонент қана өзара әрекеттескенде де пайда болады. Бұл жағдайда термин үш компонентті байланыстырады, соның нәтижесінде дегенгеретті төрт толқындық араласу туындайды, ол үш өзара әрекеттесетін толқынға тән қасиеттерге ие.
couples three components, thus generating so called degenerate four wave mixing, showing identical properties to the case of three interacting waves.
FWM-нің оптикалық талшықты байланыстағы жағымсыз әсерлері
FWM – бұл толқын ұзындығын бөліп мультиплекстеу (WDM) жүйелеріне әсер ететін оптикалық талшықтың қасиеті, онда бірнеше оптикалық толқын ұзындығы тең интервалдармен немесе арна аралығымен орналастырылады. FWM әсері толқын ұзындығы аралығының азаюымен (мысалы, тығыз WDM жүйелерінде) және жоғары сигнал қуаты деңгейлерінде күшейеді. Жоғары хроматикалық дисперсия FWM әсерін азайтады, себебі сигналдар когеренттілігін жоғалтады, яғни сигналдар арасындағы фазалық үйлесімсіздік артады. WDM жүйелерінде FWM салдарынан туындайтын кедергі арналар арасындағы өзара әсер деп аталады. FWM-ді тең емес арна аралығын қолдану арқылы немесе дисперсияны арттыратын талшықтарды пайдалану арқылы жеңілдетуге болады. Егер үш жиілік дерлік бірдей болса, онда айырмашылық жиілігін оптикалық түрде бөлу техникалық тұрғыдан қиынға соғуы мүмкін.
Қолданбалар
FWM оптикалық фазалық конъюгация, параметрлік күшейту, суперконтинуум генерациялау, вакуумдық ультракүлгін сәуле генерациялау және микрорезонаторларға негізделген жиілік гребі генерациясында қолданылады. Төрт толқынды араластыруға негізделген параметрлік күшейткіштер мен осцилляторлар үшінші реттік сызықтық емес қасиеттерді пайдаланады, ал көптеген стандартты параметрлік осцилляторлар екінші реттік сызықтық емес қасиеттерді пайдаланады. Бұл классикалық қолданыстардан басқа, төрт толқынды араластыру кванттық оптика саласында жеке фотондарды, корреляцияланған фотон жұптарын, сығылған жарық пен байланысқан фотондарды жасау мүмкіндігін көрсетті.