パラメトリックプロセス（光学）

線形光学系では、誘電分極Pは電場Eの存在に線形的に応答するため、次のように記述できます。

${\displaystyle {\mathbf {P} }=\varepsilon _{0}\chi {\mathbf {E} }=(n_{r}+in_{i})^{2}{\mathbf {E} },}$

ここで、ε₀_は電気定数、χは（複素）電気感受率、nᵢ _（ nᵢ _）は媒質の屈折率の実部（虚部）である。パラメトリック過程の影響は_{nᵢのみに及ぶが、 nᵢ}がゼロでない値となるのは非パラメトリック過程の場合のみである。

したがって、線形光学においては、パラメトリック過程は損失のない誘電体として作用し、以下の効果をもたらします。

• 屈折
• 回折
• 弾性散乱
  • レイリー散乱
  • ミー散乱

一方、ノンパラメトリックプロセスでは、損失（または利得）が伴うことが多く、以下のような結果が生じる。

• 吸収
• 非弾性散乱
  • ラマン散乱
  • ブリルアン散乱
• さまざまな光放出プロセス
  • フォトルミネッセンス
  • 蛍光
  • 発光
  • 燐光

非線形媒質では、誘電分極Pは光の電場Eに対して非線形に応答する。パラメトリック過程は一般にコヒーレントであるため、多くのパラメトリック非線形過程は位相整合に依存し、通常は偏光依存性を示す。

パラメトリック非線形プロセスの例：

• 第二高調波発生（SHG）、または周波数倍増とは、周波数が2倍（波長が半分）の光を発生させることである。
• 第三高調波発生（THG）とは、周波数が3倍（波長が3分の1）の光を発生させる現象である（通常は2段階で行われる：第二高調波発生（SHG）の後、元の波と周波数が2倍になった波の和周波発生（SFG）を行う）。
• 高次高調波発生（HHG）とは、元の光よりもはるかに高い周波数（通常は100～1000倍）の光を発生させる現象である。
• 和周波発生（SFG）とは、2つの周波数の和となる周波数の光を発生させる技術である（SHGはSFGの特殊なケースである）。
• 差周波発生（DFG）とは、2つの周波数の差である周波数の光を発生させることである。
• 光パラメトリック増幅（OPA）とは、高周波ポンプ波の存在下で入力信号を増幅し、同時にアイドラー波（差周波発生（DFG）とみなすことができる）を生成する技術である。
• 光パラメトリック発振（OPO）：共振器内のパラメトリック増幅器を用いて信号波とアイドラ波を生成する（信号入力なし）
• 光パラメトリック発生（OPG）は、パラメトリック発振に似ているが、共振器を使わず、非常に高い利得を用いる。
• 自発的パラメトリック下方変換（SPDC）とは、低利得領域における真空ゆらぎの増幅のことである。
• 光カー効果、強度依存性屈折率
• 自己焦点化
• カーレンズ・モデルロッキング（KLM）
• 自己位相変調（SPM）は、$\displaystyle \chi ^{(3)}}$効果
• 光ソリトン
• クロスフェーズ変調（XPM）
• 四波混合（FWM）は、他の非線形性からも発生する可能性がある。
• 交差偏波発生（XPW）は、$\displaystyle \chi ^{(3)}}$入力に対して垂直な偏光ベクトルを持つ波が生成される効果

非パラメトリック非線形プロセスの例：

• 誘導ラマン散乱
• ラマン増幅
• 二光子吸収とは、2つの光子を同時に吸収し、そのエネルギーを単一の電子に伝達する現象である。
• 多光子吸収
• 多重光電離とは、1つの光子によって多数の束縛電子がほぼ同時に除去される現象である。