四波混频（FWM）
E ( w1 ) χ(3) E ( w2 )
E ( w3 )
E ( w4 )
四个不同频率的波失在介质中混频.在四波混频过程中 光子的能量与动量守恒
w4 = w1 + w2 + w3 ∆k = k1 − k2 − k3
在四个波得频率相等的情况下，四波混频称为 简并四波混频
虽然简并四波混件下，必须保证 。
改变信道间距
用适当不等间距的波长信道配置设计来实现 ,通常选择通 道频率,使产生的新频率分量大部分落在通道滤波器通带 之外,这种技术用于10个信道,每个信道速率为10G/s 以下 的系统可大大减小四波混频的影响 加大信道间距也可抑 制四波混频的效率,却是以牺牲系统带宽为代价的 实际上 , 采用部分等间距信道更为有意义,其核心在于使通道间隔 相对远的信道之间的四波混频所产生的频率分量落在信道 滤波器通带内,由于四波混频的效率随着波长间隔加大而 降低,引入的恶化并不严重,这样可使系统容纳更多的波长。
∆k = k4 − (k1 − k2 − k3 ) = 0
考虑一种特殊情况，如下图，存在两对波矢方向相反的光，输 出为-k‘，它们满足如下相位匹配条件 k ' + (−k ' ) = k + (−k ) 。
简并四波混频的相位匹配
四波混频效应
这种简并四波混频非线性过程与典型的全息照过程很 相似。可以将k‘当做物光，k当做参考光，两者在介质 中互相干涉，形成全息图，如果全息图被记录下来了， 在参考光k的照射下，沿物光k’相反的方向-k‘可见物得 虚像。若挡住物光k’，在另一参考光-k的照射下，会 产生-k‘方向的赝像，该赝像就是原物光的相位共轭光。 虽然全照息过程和四波混频过程都产生相位共轭光， 但两者根本不同之处：全息照相的记录和重现过程在 时间上式分段进行的，而四波混频的相位共轭光与原 入射光几乎是同时产生。
FWM过程的光学相位共轭
四波混频的缺点
以光的波分复用 技术为基础的光通信可以有效地 扩大通信容量。随着无 中继传输距离的增加,需 要加大发射功率。但是在大的光功率激励下,光纤 会呈现不 良的非线性现象。光纤中的非线性效应 一般可分为受激拉曼散射效应和非线性折射率变 化 前者包括受激喇曼散射SRS和受激布里渊散 SBS等后者包括四波混频效应FWM、自相位调制 SPM和交叉相位调制XPM等。在WDM系统中， 各种光纤非线性的影响不一定相同，最为危害性 的是由FWM引起的密集波分复用系统的路间串扰。
由于光纤的色散很小,四波混频的相位匹配 条件很容易满足。 四波混频的发生不仅导 致信号光功率的下降,而且产生的新频率光 波可能落在信号光的频带内引起信道间的 串扰,并最终导致误码的发生。虽然玻璃中 的三阶非线性极化率非常弱,但对于强光场, 光纤芯中的四波混频光可以非常强,因此,人 们已研究出多种抑制的技术方案。目前已 经大量敷设的常规单模光纤
后向相位共轭的波阵面空间分布于原光波 的波阵面的空间分布相同，只是传播方向 与原光波相反。利用后向相位共轭原理做 成的共轭反射镜可以自动补偿光束经过不 规则扰动介质后的波面畸变。与普通反射 镜的作用不同之处在于：当一束光平行平 面波经过畸变介质后，普通镜起增加畸变 的作用，而共轭镜对畸变的波面有补偿或 抵消畸变的作用
四波混频的应用
A与C通信的同时，E与B要进行通信，A与C的通信占用 了通信波长λ1，当E与B要进行通信时发现波长λ1已被占 用，则利用OXC设备将其通信波长变换到空闲波λ2，因 此通过引进OXC能够使得光通信网络同时进行多个链路 的通信。这样提高了波长利用率，降低了信号阻塞率，大 大提高了光通信效率。
光纤中的四波混频现象是有利还是有害，将取决 于其具体应用在什么方面。在WDM系统中FWM 能够引起信道间的窜话，从而限制了WDM系统 的通信质量，因此在WDM通信中将尽量降低 WDM FWM现象。然而正是由于FWM能够颇为有效地 产生新的光波，人们已对它进行了广泛地研究， FWM现象又可被利用实现完全透明的全光波长变 换 。波长变换技术成为未来光通信网络中的一项 尤为关键的技术之一。只有当相位失配（含有k 的项）几乎为零时，才会发生显著的四波混频过 程。所以应该尽量提高失配率。
抑制FWM的方法
利用NZ-DSF抑制FWM 改变信道间距 工作波长的改变 通过色散管理抑制FWM 其他抑制PWM的方法
利用NZ-DSF抑制FWM
NZ-DSF零色散点设置在1520nm1570nm 波长处，而在1548nm~1565nm范围内， 色散值保持在1.0~4.0nm。Km水平上。工 作波长避开了零色散区，但又保持了较小 的色散，使相位匹配条件不易满足。NZDSF和DSF相比，只是零色散波长的移动， 虽然色散系数不为0，但与常规光纤相比已 大大降低，缓解了色散受限距离。兼容了 常规光纤小口的优点，又解决了常规光纤 的色散受限。
基于四波混频效应的全光波长变换（FWM-AOWC）是目前唯 一一种能够对输入信进行完全透明转换的AOWC，能够实现同 时将一组波长转换到另一组波长上去，转换率可高达： 100Gbit/s，具有较高的转换速率。
光纤中四波混频效应的影响因素
由四波混频效率公式可得，四波混频效率受到如下因素的 影响，相位失配因子、光纤长度、光纤的衰减系数；相位 失配因子受到光纤零色散波长、抽运光与光纤零色散波长 差、抽运光与信号光波长差的影响。在满足相位完全匹配 的前提下，上述各种因素对混频效率的影响几乎为零，但 在k≈0即近相位匹配的前提下，各种影响因素对混频效率 起着重要的作用，且各种参数的选择是相互关联的，只有 在固定的某个范围下，才能获得较大的混频效率.
基于四波混频效应的全光波长变换
多束光在非线性介质中传输时，由于非线性作用 将产生新的波长。根据发生作用的光波数目可分 为：三波混频与四波混频。他们分别来自于光的 二阶非线性效应与三阶非线性效应。如图1-13所 示：抽运光fp与信号光fs在非线性介质中由于 FWM效应，产生了频率为fc=2 fp-fs的变换光和 频率为fx=2 fs-fp的闲频光。变换光与闲频光均携 带了信号光的信息，只是由于在以往研究中，闲 频光的功率远小于变换光功率，使得利用变换光 能获得较高的变换效率，而均是利用变换光来实 现全光波长变换。