群速度とは？
ぐんそくど
群速度とは、複数の周波数成分が重なり合った波（波束）のエネルギーや信号が伝播する速さのことです。
群速度（group velocity）とは、複数の周波数成分を持つ波のパケット（波束）が空間中を伝わる速度のことです。これに対して、単一周波数の正弦波の位相が進む速度を「位相速度」と呼び、両者は一般に異なります。
波が分散性媒質（周波数によって伝播速度が異なる媒質）の中を伝わるとき、各周波数成分は少しずつ異なる速度で進みます。それらが重なり合ってできる「包絡線（エンベロープ）」の動く速度が群速度です。数学的には、角振動数ωを波数kで微分した値（dω/dk）として定義されます。
群速度はエネルギーや情報が伝わる速度と一致することが多く、通信や光学において非常に重要です。ただし、異常分散の媒質では群速度が光速を超えるように見える場合もありますが、これはエネルギーや情報の伝達を意味せず、相対論に矛盾しません。
群速度の概念が重要な場面は以下のとおりです。
- 光ファイバー通信：波長分散による群速度の違いがパルス広がり（分散）を引き起こす
- 量子力学：粒子の速度は物質波の群速度に対応する
- 水面波：異なる波長の波が重なって形成する波群の速度
- プラズマ中の電磁波伝播
光パルスの波形維持や超短パルスレーザーの設計では、群速度分散（GVD）の制御が欠かせない技術課題となっています。
使い方・例文
光ファイバー通信で長距離を伝送するとき、異なる波長の光信号が群速度の違いによって広がってしまう「群速度分散」が生じるため、分散補償ファイバーや特殊素子でこれを補正しています。
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