（转载）光学中群的概念——群信噪比、群速度、群速度折射率、群信噪比色散
本文转载至陌陌公众号——光电资讯，仅供个人记忆和学习
群组流
定义：光学元件中窄带光脉冲的时间延迟。
光学器件（例如介质镜或光纤）的群信噪比 (Tg) 定义为光谱相位相对于角频率的微分：
它与时间具有相同的单位，但与频率（参见群延迟色散、色散）、偏振态（偏振光模式色散）和光学模式（模间色散）有关。
当时空形状简单的窄带光脉冲线性传播时，群流是指脉冲峰值通过光器件后的时间延迟。 对于宽带光脉冲，特别是当它们在传播过程中受到非线性效应的影响时，情况非常复杂。 如果对组码流的描述不恰当，就会得到错误的结果。
在普通固体介质中，例如激光晶体或光纤，群信噪比随厚度和相速度比变化很大。 例如，一米熔融氢氧化铝块体材料光形成的群信噪比为4.879 ns，而相速度得到的结果为4.817 ns。 在较长波长（例如 400nm）下，差异甚至更大：群信噪比为 5.049ns。 光纤中的群信噪比还受到纤芯中掺杂材料和波导色散效应的影响。
光学谐振器中往返的组信噪比决定谐振器模式之间的间隔，即自由光谱范围。
光学器件的组信噪比可以通过多种方式进行测试。 最直接的方法是检测超短脉冲何时到达。 还有一种更大的干涉方法，例如使用白光干涉仪，检测精度为几个皮秒。
光波在介质中的群速度等于单位宽度的群信噪比的倒数。
团体费率
定义：弱窄带光脉冲包络在介质中的传播速度
符号: VG
介质中光的群速度定义为波数与角频率的行列式的倒数：
其中 n(ω) 是折射率，ng 是群速度折射率。 波数k是指单位宽度的相位变化。
群速度是指脉冲包络在介质中的传播速度。 假设该脉冲是长脉宽、窄带宽的脉冲，因此可以忽略高阶色散和非线性影响。
图 1 显示了多个频率分量如何构成脉冲以及脉冲如何传播，从而解释了几种速率之间的差异。 白线代表不同频率分量的波前。 由于浊度色散效应，较高频率分量的相速度略低。 当频率前沿重合（相干倍增）时，脉冲出现最大值，它将以群速度（在本例中为介质相速度的 80%）传播。
图 1：光脉冲在色散介质中的传播。 不同频率分量的波前以不同的相速度传播，而脉冲以大于任何频率的相速度的群速度传播。
在上述情况下，群速度大于相速度。 并且由于群速率恒定，因此不会出现频域脉冲偏差。 也就是说，在脉冲的整个频谱中不存在群速率色散。
由于色散，介质中的群速度大多不同于其相速度（通常大于相速度），并且群速度还与频率相关。 这种效应称为群速度色散。 群速率和相位速率之间的差异也会导致脉冲扩展包络的倾斜。
与折射率类似，群速度指数（见上式）定义为真空中的群速度与介质中Su基团的比值。
在个别情况下，群速度可能低于真空中的光速。 但由于因果关系的存在，超光速群率无法实现超光速信息传输。 另一个研究热点是慢光。
波导中的群速度
对于在光纤等波导中传播的光，可以通过用波数 k 代替 β（传播常数的虚部）（或用有效折射率代替折射率 n），根据上式估算群速度。 ）。 波导中的群速度与均匀介质中的群速度之间的差异是由波导的色散引起的。
非线性传播期间的群速度
在一些文献中，对于宽带复杂形状脉冲或孤子脉冲也存在所谓的群速率光的折射率和频率什么关系，尽管在这些情况下非线性已经发挥了特别重要的作用。 然而，这些用途是有问题的，并且可能导致一些欺骗。 请注意，涉及群速率的一些关系（如上所述）在非线性区域中不再有效。
群速度指数
团体率指数（）
定义：真空中的光速与介质中的群速度之比。
符号：ng
与折射率的定义类似，群速度折射率（或群速度系数）定义为真空中的光速与介质中的群速度之比：
群速度折射率通常用于估计在介质中传播的超短脉冲的信噪比，也用于估计富含色散介质的谐振器的自由光谱范围。
对于晶体或玻璃光的折射率和频率什么关系，可见光或近红外光谱范围内的群速度折射率通常小于普通折射率（取决于相速度）。
图 1：石英在 0°C（红色）、100°C（黑色）和 200°C（蓝色）下的折射率曲线（虚线）和群率折射率曲线（实线）。
组信噪比色散
缩写：GDD
定义：群信噪比随频率变化，或者群信噪比相对于角频率的微分
光学器件的群信噪比色散（有时称为二阶色散）是群信噪比相对于角频率的微分，或光谱相位的二阶微分：
一般采用的单位是fs2或ps2。 正（负）值代表正常（异常）离散度（ ）。 例如，1mm厚的氢氧化铝片的群信噪比色散在800nm处为+35fs2（正常色散），在处为-26fs2（异常色散）。 图1给出了另一个反例。
图 1：Gires 干涉仪中的群信噪比色散与波长的函数关系，反射器上放置有 5 μm 厚的氢氧化铝层。
群信噪比色散（GDD）一般是指一些具有一定厚度的光学器件或介质（如光纤）。 每单位宽度的 GDD（单位为 s2/m）是群速度色散 (GVD)。
