Quantenkommunikation: Laser mit schmaler Linienbreite

Quantenkommunikation:Laser mit schmaler Linienbreite

Laser mit schmaler LinienbreiteEin Schmalbandlaser ist eine Laserart mit besonderen optischen Eigenschaften. Er zeichnet sich durch die Fähigkeit aus, einen Laserstrahl mit sehr geringer optischer Linienbreite (d. h. schmalem Spektrum) zu erzeugen. Die Linienbreite eines Schmalbandlasers bezeichnet die Breite seines Spektrums, üblicherweise als Bandbreite innerhalb einer Frequenzeinheit angegeben. Diese Breite wird auch als „spektrale Linienbreite“ oder einfach „Linienbreite“ bezeichnet. Schmalbandlaser weisen eine geringe Linienbreite auf, die typischerweise zwischen einigen hundert Kilohertz (kHz) und einigen Megahertz (MHz) liegt und damit deutlich kleiner ist als die spektrale Linienbreite herkömmlicher Laser.

Klassifizierung nach Hohlraumstruktur:

1. Lineare Faserlaser werden in Laser vom Typ „Verteilte Bragg-Reflexion“ (DBR-Laser) und Laser vom Typ „Verteilte Rückkopplung“ unterteilt (DFB-Laser) zwei Strukturen. Der Ausgangslaser beider Laser ist hochkohärentes Licht mit schmaler Linienbreite und geringem Rauschen. Der DFB-Faserlaser kann sowohl Laserrückkopplung als auchLaserDurch die Modusauswahl wird eine gute Stabilität der Ausgangslaserfrequenz erreicht und ein stabiler Einzellängsmodus erzeugt.

2. Ringresonator-Faserlaser erzeugen schmalbandige Laserwellen, indem sie schmalbandige Filter wie Fabry-Perot-Interferenzresonatoren, Faser-Gitter oder Sagnac-Ringresonatoren in den Resonator einführen. Aufgrund der großen Resonatorlänge ist jedoch der Abstand zwischen den longitudinalen Moden gering, wodurch es unter Umwelteinflüssen leicht zu Modensprüngen kommt und die Stabilität gering ist.

Produktanwendung:

1. Optische Sensoren: Schmalbandige Laser eignen sich ideal als Lichtquelle für optische Fasersensoren und ermöglichen in Kombination mit diesen hochpräzise und hochempfindliche Messungen. Beispielsweise trägt die Stabilität des schmalbandigen Lasers bei Druck- oder Temperatursensoren in der Faseroptik zur Genauigkeit der Messergebnisse bei.

2. Hochauflösende Spektralmessung: Schmalbandige Laser besitzen sehr schmale Spektrallinien und eignen sich daher ideal für hochauflösende Spektrometer. Durch die Wahl der richtigen Wellenlänge und Linienbreite können schmalbandige Laser für präzise Spektralanalysen und -messungen eingesetzt werden. Beispielsweise ermöglichen sie in Gassensoren und der Umweltüberwachung genaue Messungen der optischen Absorption, der optischen Emission und von Molekülspektren in der Atmosphäre.

3. Einzelfrequenz-Faserlaser mit schmaler Linienbreite finden auch in LiDAR-Systemen (Laserentfernungsmessung) wichtige Anwendung. Durch die Verwendung eines solchen Faserlasers als Detektionslichtquelle in Kombination mit optischer Kohärenzdetektion (OCD) lässt sich ein LiDAR-System bzw. ein Entfernungsmesser mit großer Reichweite (über Hunderte von Kilometern) realisieren. Dieses Prinzip entspricht der OFDR-Technologie (Optical Fiber Detection and Response) in optischen Fasern und ermöglicht daher nicht nur eine sehr hohe räumliche Auflösung, sondern auch eine größere Messdistanz. In diesem System bestimmen die spektrale Linienbreite bzw. die Kohärenzlänge des Lasers die Reichweite und die Messgenauigkeit. Je höher die Kohärenz der Lichtquelle, desto besser die Leistung des Gesamtsystems.