군속도분산 (Group Velocity Dispersion)
한 줄 정의: 주파수에 따라 군속도가 달라지는 정도로, 짧은 광펄스가 전파하며 넓어지는 정도를 정량화합니다.
쉽게 풀면
짧은 펄스는 여러 주파수 성분이 모여 만들어집니다. 매질 안에서 성분마다 이동 속도가 조금씩 다르면 도착 시간이 어긋나 펄스가 퍼지는데, 그 정도를 나타내는 값이 군속도분산입니다. 부호에 따라 빨간 성분이 먼저 가기도 하고 파란 성분이 먼저 가기도 합니다.
왜 중요한가
초단 펄스 레이저, 광통신, 비선형 광학 실험에서 펄스 폭이 얼마나 유지되는지를 결정하므로 거의 모든 펄스 전파 해석에 등장합니다. 특히 비선형 효과와 균형을 이루는 솔리톤 조건은 군속도분산의 부호와 크기로 정해집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"비정상 분산 영역(β2 < 0)에서 자기위상변조와 군속도분산이 균형을 이루어 솔리톤이 형성되었다."
β2 부호로 분산 영역을 구분하는 전형적인 표현입니다.
조금 더 깊게 보면
전파 상수 β(ω)를 중심 주파수 주위로 전개했을 때 2차 계수 β2 = d²β/dω²가 군속도분산입니다. 광섬유 분야에서는 분산 파라미터 D = −(2πc/λ²)β2(단위 ps/nm/km)를 더 자주 씁니다. 표준 석영 단일모드 광섬유는 약 1.3 μm 부근에서 분산이 0이 되고, 그보다 긴 파장에서 비정상 분산을 보입니다.
주의할 점
이 항목은 펄스 전파를 기술하는 정량 파라미터(β2)입니다. 광섬유에서 파장별 전파 속도 차이로 신호가 퍼지는 현상 전반은 광섬유 색분산 항목에서 다룹니다.