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 ${\displaystyle \nu _{1}\pm \nu _{2}\pm \nu _{3}}$

• 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).

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.

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].

• 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.

• Génération d'harmonique
• Optique non linéaire

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