群速度不匹配 Group velocity mismatch

2022-10-18 15:21:51 浏览:335

定义

由于群速度不同,脉冲在介质中暂时分离的现象,或(定量上)逆群速度的差异。 

当具有不同光学频率的光脉冲在透明介质(例如在光学晶体中)传播时,它们的群速度通常会有所不同。 由于这种群速度不匹配,最初在时间上重叠的两个脉冲在一定传播距离后不再重叠。

同样,在双折射介质中,不同偏振方向也可能发生群速度不匹配。

从数量上讲,群速度失配定义为逆群速度之差

群速度不匹配 Group velocity mismatch

并以每米秒为单位。

群速度不匹配的常见后果

群速度失配现象,也称为时间走失现象,在超短脉冲的非线性频率转换中特别相关。 对于非线性晶体和可见光或近红外光谱区域(例如 1064 nm 和 532 nm)中波长的显著差异,GVM 的典型值约为 0.1 ps/mm,对应于每米 0.1 ns = 100 ps。 这表明,对于例如10 mm的晶体长度,群速度失配会对5 ps脉冲的频率转换产生显着影响,而对飞秒脉冲的影响非常大。 因此,通常需要使用较短的晶体来转换较短的脉冲,这需要更高的光学强度来保持较高的转换效率。 由于适用的强度可以通过光学损伤等方式加以限制,因此群速度不匹配会有效地限制短脉冲可实现的转换效率。

在频域图像中,群速度失配限制了实现相位匹配的频谱范围的宽度,也称为相位匹配带宽。 然而,这不是额外的效应,而只是在频域中看到的相同现象。

群速度失配也很重要,例如,对于光纤中超短脉冲的拉曼放大。 例如,1064 nm 处的皮秒脉冲可用于放大 1110 nm 处的脉冲。 在大模面积二氧化硅纤维中,基团速度失配与块状二氧化硅大致相同;对于给定的波长,它相当于 1.1 PS/m。 这意味着例如,1-ps脉冲在光纤1米内基本上失去了时间重叠,因此有效拉曼增益降低。

在许多情况下,群速度不匹配可能非常有用。 在某些情况下,它可以提高非线性频率转换的效率。 在光学参量振荡器中,它有时可用于波长调谐和显著的脉冲缩短。 在其他情况下,它用于光信号处理的目的。

非线性光学

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