Mélange à quatre ondes

Le mélange à quatre ondes est un effet optique non linéaire, qui consiste en une intermodulation entre trois ondes électromagnétiques de nature à générer ou amplifier une quatrième.

Lorsque trois ondes de fréquences ${\displaystyle \nu _{1}\,}$, ${\displaystyle \nu _{2}\,}$ et ${\displaystyle \nu _{3}\,}$ interagissent dans un milieu non linéaire (un accord de phase est nécessaire), elles peuvent produire les fréquences ${\displaystyle \nu _{1}\pm \nu _{2}\pm \nu _{3}}$

Caractéristiques du processus

• En tant que processus du troisième ordre (i.e. proportionnel à ${\displaystyle \chi _{3}E^{3}\,}$), il est généralement d'intensité assez faible, intéressant seulement en l'absence de processus de second ordre (par exemple dans un matériau centrosymétrique, où la susceptibilité non linéaire d'ordre deux ${\displaystyle \chi _{2}\,}$ est nulle).

• L'accord de phase est en général réalisé non colinéairement dans les solides et colinéairement en utilisant la dispersion anormale dans les gaz.

• Le processus peut être largement plus efficace en présence d'une résonance à un ou deux photons (i.e. niveau excité du cristal considéré proche de l'énergie apportée par un ou deux des photons incidents).

Utilisations

Le mélange à quatre ondes joue un rôle important dans la génération de supercontinuum dans les fibres optiques à cristal photonique^[1], particulièrement dans le cas d'impulsions longues (durée supérieure à la picoseconde).

C'est également une cause de gêne majeure dans le domaine de télécommunications par fibre optique, particulièrement dans le cas de multiplexage en longueur d'onde.

Mélange à quatre ondes dégénéré en fréquence

Lorsque les trois fréquences incidentes sont identiques, on parle de mélanges à quatre ondes dégénéré, ce qui peut être utilisé pour la réalisation de miroirs à conjugaison de phase^[2] ou la génération de troisième harmonique (THG).

Si les fréquences de deux des ondes sont identiques, on parle de mélange à quatre ondes partiellement dégénéré^[2].

Références

1. Supercontinuum generation in photonic crystal fiber, Dudley, Genty et Coen, in. Reviews of modern physics, vol. 78, octobre-décembre 2006
2. G He, « Optical phase conjugation: principles, techniques, and applications », Progress in Quantum Electronics, vol. 26, n^o 3,‎ mai 2002, p. 131–191 (DOI 10.1016/S0079-6727(02)00004-6, lire en ligne, consulté le 2 octobre 2020)

Autres sources

• Electromagnétisme non linéaire, cours de 3^e année de Robert Frey à l'institut d'optique, édition 1992.
• (en) Article sur le mélange à quatre ondes sur l'Encyclopedia of Laser Physics and Technology.

Voir aussi

Articles connexes

• Génération d'harmonique
• Optique non linéaire

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