光脉冲的负值群速度传播意味着：①透射光脉冲的峰值可以在入射脉冲的峰值进入介质之前就出现；②在共振介质内脉冲峰值出现向后方向的移动。虽然有关负群速度的这两个特性初看起来有些难以理解，但它们确实都是实验可观察到的，而且一些实验结果已经证明了第一个特性。下面通过两个例子来证明第二个特性。
一个直接演示激光脉冲峰值在一种等价窄共振吸收介质内向后移动的实验，是由Gehring和Boyd等人于2006年，在一个掺铒光纤放大器（EDFA）中实现的［26］。它们采用的实验设置如图16-14所示。此时，一个9m长的EDFA光纤被用作快光传输介质，使用功率为128 mW和波长980 nm的强连续激光进行泵浦并在1 550 nm附近提供一个宽增益带，同时采用功率为0.5 mW的窄谱线1 550 nm脉冲激光注入该光纤，并在宽增益谱带区产生一个由增益饱和效应导致的狭窄凹陷，进而对同一脉冲激光（可看成探测脉冲）施以快光传输影响。为显示该EDFA光纤内脉冲波形随时间的演变，可每次按25 cm长度逐次切短光纤样品并依次记录输出端面处的相对光强，从而可确定脉冲在光纤内不同位置处的峰值移动变化情况。
图16-14 在光纤放大器内通过逐次截短光纤长度方法，测量探测脉冲在光纤快光传输过程中波形变化的实验装置（ISO：光学隔离器）［26］
作为实验结果，图16-15（a）为测得的通过6m长的EDFA样品后的归一化输出脉冲波形和输入脉冲波形，显示了一种明显的负的时间延迟。测得的群速度量值为-75 km/s，而群折射率值为4 000。
更加有趣的结果，是图16-15（b）中探测光脉冲在光纤样品之内和之外的光强分布随时间的演化行为。在获得这些结果过程中，已经在光纤内不同位置处考虑到能量增益的影响而对测量数据进行了归一化。从这个图可以看到，出射脉冲的峰值在入射脉冲的峰值进入光纤前就已经出现；此外，光纤内的脉冲峰值，随着时间的增加，的确是向后运动的。此处值得强调的是，尽管存在脉冲峰值在共振介质内的后向移动，但光脉冲携带的能量却总是沿前进方向传播。在同一实验中，一个特别设计的测试证明，没有脉冲信号或能量从光纤入射端反向输出。
(www.xing528.com)
图16-15 在光纤放大器内通过增益饱和实现快光效应的实验结果［26］
（a）输入和输出探测脉冲波形，表明负的时间延迟；（b）在不同时间间隔内测得的探测脉冲的空间波形，箭头表示在光纤介质内、外的脉冲峰值位置
此外，由Clader等人的理论分析和数值计算也表明，在具有负群速度的共振介质中传播的光脉冲，其峰值有向后移动的特点［27］。他们考虑一种在具有粒子数反转的两能级系统中行进的2π脉冲，并以工作在D2线的铷蒸气为共振介质。在假设输入脉冲持续时间τ=0.1 ns，增益系数为8.15 cm-1的条件下，计算出群速度为υg=-3.27c。图16-16所示的是计算出的2π脉冲在不同时刻通过增益介质前后的归一化空间波形。该图再一次显示了，输出峰值出现在输入峰值进入介质之前以及在介质内脉冲峰值向后移动的特点。
图16-16 2π脉冲通过两能级增益介质过程中空间波形的时间演化，显示出在介质内脉冲峰值向后移动［27］
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
