群时延

2021-02-23 13:52:33 浏览:560

定义

窄带光脉冲在光学器件中的时间延迟。

光学元件(例如,介质反射镜或者光纤)的群时延(Tg)的定义为光谱相位对角频率的微分:

其单位与时间相同,并且与频率、偏振态(偏振模式色散)和光模式(模间色散)有关。

具有简单时间和空间形状的窄带光脉冲在线性传播时,群时延就是指脉冲峰值穿过光学元件后的时间延迟。而对于宽带光脉冲来说,尤其是在传播过程中受到非线性效应的影响情况下,情况非常复杂。如果对群时延的描述不恰当则会得出错误的结果。

在普通的固体介质中,例如激光晶体或者光纤,群时延与长度和相速度比值相差比较多。例如,一米的熔融二氧化硅体材料对1550nm的光产生的群时延为4.879 ns,而由相速度得到的结果为4.817 ns。而更短波长时,例如400 nm时,差值更大:群时延为5.049 ns。光纤中的群时延还受纤芯中掺杂的物质和波导色散效应的影响。

光学谐振腔中往返一周的群时延决定了共振腔模式之间的间隔,即自由光谱范围。

可以采用很多方法测量光学元件的群时延。最直接的方法是测量超短脉冲到达的时间。还存在更加强大的干涉方法,例如,采用白光干涉仪,测量的精度在几个飞秒。

介质中光波的群速度等于单位长度群时延的倒数。

参考文献

[1] K. Naganuma et al., “Group-delay measurement using the Fourier transform of an interferometric cross correlation generated by white light”, Opt. Lett. 15 (7), 393 (1990)
[2] M. Beck and I. A. Walmsley, “Measurement of group delay with high temporal and spectral resolution”, Opt. Lett. 15 (9), 492 (1990)
[3] M. Beck, I. A. Walmsley, and J. D. Kafka, “Group delay measurements of optical components near 800 nm”, IEEE J. Quantum Electron. 27 (8), 2074 (1991)
[4] A. P. Kovacs et al., “Group-delay measurement on laser mirrors by spectrally resolved white-light interferometry”, Opt. Lett. 20 (7), 788 (1995)

参阅:光谱相位、群时延色散、群速度、相位模式色散、超光速传输

脉冲

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