三谐振克尔腔中的简并四波混频

我们证明了三谐振非线性（克尔）腔中高效简并四波混频的理论条件。我们采用了一种通用且精确的时间耦合模分析方法，其中任意微腔中光的相互作用通过一组耦合系数来表示，这些系数是我们从完整的麦克斯韦方程组严格推导出来的。利用耦合模理论，我们证明，在频率为 ω_0 的泵浦光存在下，频率为 ω_0-Δω 的输入信号光可以以量子极限效率转换为频率为 ω_0+Δω 的频移输出信号，并推导了发生这种情况时的临界输入功率表达式。我们发现，在非常保守的腔参数（模体积约为 10 个立方波长，品质因子约为 1000）假设下，临界功率约为 10 mW 量级。标准的 Manley-Rowe 效率极限可以从经典耦合模方程的解中获得，不过我们也通过简单的光子计数“量子”论证推导了它们。最后，利用线性稳定性分析，我们证明即使在通常会破坏谐振条件的自相位和交叉相位调制效应存在的情况下，也能保持最大转换效率。