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半導体用語集

光パラメトリック効果

英語表記：optical parametric effect

　非線形光学媒質中で角周波数ω₁, ω₂, ･･ωnの光がωn=ω₁+ω₂+･･+ωn₋₁の関係を満たしながら相互作用する効果。二次の非線形感受率を有する媒質を例にとると、ω₃=ω₁+ω₂の関係を満たす三つの光が進行する時、ω₁とω₂の光により角周波数ω₃の分極が発生し、さらにω₁とω₃, ω₂とω₃の光により、角周波数ω₂, ω₃の分極が発生して互いに結合する。ここで角周波数ω₃の光が他の二つにくらべて十分に強い場合には、角周波数ω₁, ω₂の光は、上記の結合を通じてコヒーレントな増幅を受ける。これを光パラメトリック増幅という。また、ω₁とω₂の2周波数の光入力に対して、ω₃=ω₁+ω₂の光を出す和周波発生、ω₃=ω₁-ω₂の光を出す差周波発生などの現象もこの過程により記述される。特に和周波発生でω₁=ω₂の時を第二高調波発生、差周波発生でω₁=ω₂の時を光整流と呼ぶ。光パラメトリック効果の狭い意味では、周波数の高い高強度の光を入射して複数の低周波の光を発生・増幅させる効果のみを指すが、広義には上述の現象はすべて光パラメトリック効果に含まれる。また、通常のパラメトリック励振でなりたつマンリー・ロー（Manley Rowe）の式が光領域でもなりたち、光子数の増減と各光子の周波数の間には一定の関係が保たれる。
　光パラメトリック増幅を行う非線形媒質を共振器中に置くことにより発振器にすることも可能であり、光の波長域のものは光パラメトリック発振器と呼ばれる。波長が連続的に可変なコヒーレント光を発生することができるため、応用上重要である。
　効率よく光パラメトリック効果が発生するためには、相互作用する光の間で位相が整合する必要がある。これを位相整合条件という。媒質の屈折率は波長依存性（分散）があるために通常は位相整合条件は満たされないが、媒質の複屈折を利用して各光の角度を制御する方法（角度同調）、温度を変える方法（温度同調）や、多モード光導波路のモード分散を利用する方法などにより位相整合をとることが行われる。また、強誘電体結晶の自発分極方向を周期的に反転させたり、屈折率を周期的に変化させることにより位相整合条件を満たす疑似位相整合法もよく用いられる。

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