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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

　光の領域で起こる非線形現象に基づき，単一または複数の入射光に対してそれらの周波数と一定の関係にある複数の光を増幅する現象，または効果をいう。広義には，高調波発生，和または差周波発生も含むが，通常は角周波数ωpの入射光に対してωp=ω₁+ω₂+…の関係を持ち，角周波数ω₁，ω₂…の光を増幅・発生する過程，またはその逆過程をいう。この効果はコヒーレントな効果であり，光の増幅（光パラメトリック増幅），光の発振（光パラメトリック発振），および光周波数変換に応用される。
　パラメトリック効果は，印加電圧や電流に依存するキャパシタンス，またはリアクタンスを含んだ電気回路において振動が持続したり増幅される効果として知られており，ある周波数の信号の増幅，発振，周波数変換に利用されていた。また，振り子の固有振動数の2倍の周波数で力を加えると振動が増幅され，振動が持続する現象もパラメトリック効果である。
　ある媒質の屈折率が光の電界強度に依存して変化する時，その媒質を非線形媒質という。非線形媒質に三つを入射するものとする。ここでそれぞれの角周波数をωp，ωs，ωiおよびそれぞれの波数をkp，ks，kiとした時，ωp=ωs+ωi，およびkp=ks+kiの関係があるとする。いい換えるとエネルギー保存則，運動量保存則がなりたっているものとする。角周波数ωpの光の強度が強い場合，光パラメトリック効果により媒質を伝搬するに従って，他の二つの光の強度が増幅されることが導かれる。これが光パラメトリック増幅である。運動量保存則は位相整合条件ともいう。また，角周波数ωpの光をポンプ光，角周波数ωiの光をアイドラー光，そして角周波数ωsの光を信号光という。実際にはポンプ光と信号光を入射し，アイドラー光を発生するとともに信号光を増幅する。この時，アイドラー光は波長変換された信号光ともいうことができる。
　共振器を設けたこのような系にポンプ光のみを入射すると，共振器の周波数で，かつ位相整合条件を満たす光が発生する。これが光パラメトリック発振である。共振器と位相整合条件を何らかの方法で変化させることができると発振周波数が変化し，可変波長光源が実現し，最近実際に広く使用されている。また，ポンプ光が非常に強い場合には，特に共振器を設けなくても位相整合条件を満たすように二つの光が発生する。これを誘導光パラメトリック発光という。特にポンプ光がパルスの時高いピーク強度がえられるため，可変波長パルス光源として期侍されている。
　光バラメトリック効果を利用するのに用いられる材料として，ADP（リン酸二水素アンモニウム），KDP（リン酸二水素カリウム），KTP（リンチタン酸カリウム），BBO（べータバリウムボレイト）などがあり，いずれも誘電体結晶である。半導体を利用した例はない。

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