群速度色散

2021-03-17 13:42:43 浏览:543

定义

介质中群速度与频率之间的关系,或者群速度倒数对角频率的微分。

群速度色散是透明介质中光的群速度与光频率或者波长相关的现象。它通常具有准确的值,即群速度倒数对角频率(有时是对波长)的微分:

其中k是波数,与频率有关。(如果是在波导中,那么k由相位常数 β代替。)

群速度色散是单位长度的群时延色散。基本单位为s2/m。例如,二氧化硅的群速度色散在800nm时为+35 fs2/mm,而在1500nm时则为−26 fs2/mm。在这中间的某一波长(约1300 nm),是零色散波长。

在光纤中(例如,在光纤通信中),群速度色散通常定义为对波长的微分(而不是角频率)。可以通过之前提到的GVD参数来计算:

这一参数的单位为ps/(nm km)(单位纳米波长变化单位千米传输距离的皮秒数)。例如,在1550nm(通信光纤的典型值)为20ps/(nm km)对应于−25 509 fs2/m。

由于长波长对应于光频率较小,因此有时需要实现不同正负号的GVD和Dλ。为了避免混淆,可以采用正常和反常色散来代替正色散和负色散。正常色散表示,随着光频率的增加,群速度减小;大多数都是这种情况。

根据实际情况不同,群速度色散会产生不同的效应:

1、产生色散时间展宽或者超短脉冲压缩。

2、光纤中,非线性效应与群速度色散密切相关。例如,光谱展宽(甚至超连续光产生)或压缩,与色散性质有关。

3、色散也会引起参量非线性相互作用中的群速度失配。例如,它会限制倍频器、光参量振荡器或者放大器中的相互作用带宽。

参阅:色散、群时延色散、群速度失配

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