Quantenkommunikation: Laser mit schmaler Linienbreite

Quantenkommunikation:Laser mit schmaler Linienbreite

Laser mit schmaler Linienbreiteist ein Laser 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 Schmallinienlasers bezeichnet die Breite seines Spektrums, üblicherweise ausgedrückt als Bandbreite innerhalb einer Frequenzeinheit. Diese Breite wird auch als „spektrale Linienbreite“ oder einfach „Linienbreite“ bezeichnet. Schmallinienlaser haben eine schmale Linienbreite, üblicherweise zwischen einigen hundert Kilohertz (kHz) und einigen Megahertz (MHz), die deutlich kleiner ist als die spektrale Linienbreite herkömmlicher Laser.

Einteilung nach Hohlraumstruktur:

1. Lineare Hohlraumfaserlaser werden in verteilte Bragg-Reflexionstypen (DBR-Laser) und verteilte Rückkopplungstypen (DFB-Laser) zwei Strukturen. Der Ausgangslaser beider Laser ist hochkohärentes Licht mit schmaler Linienbreite und geringem Rauschen. DFB-Faserlaser können sowohl Laserrückkopplung als auchLaserModusauswahl, sodass die Frequenzstabilität des Ausgangslasers gut ist und es einfacher ist, einen stabilen einzelnen Longitudinalmodusausgang zu erhalten.

2. Ringkavitätsfaserlaser erzeugen schmalbandige Laserstrahlung, indem sie Schmalbandfilter wie Fabry-Perot (FP)-Interferenzkavitäten, Fasergitter oder Sagnac-Ringkavitäten in die Kavität einbringen. Aufgrund der großen Kavitätslänge ist das longitudinale Modenintervall jedoch klein, und es kommt unter Umgebungseinflüssen leicht zu Modensprüngen, was zu einer schlechten Stabilität führt.

Produktanwendung:

1. Optischer Sensor: Schmalbandlaser eignen sich ideal als Lichtquelle für optische Fasersensoren. Durch die Kombination mit optischen Fasersensoren lassen sich hochpräzise und hochempfindliche Messungen erzielen. Beispielsweise trägt die Stabilität des schmalbandigen Lasers bei Druck- oder Temperatur-Faseroptiksensoren zur Genauigkeit der Messergebnisse bei.

2. Hochauflösende Spektralmessung Schmalbandlaser zeichnen sich durch sehr schmale spektrale Linienbreiten aus und eignen sich daher ideal für hochauflösende Spektrometer. Durch die Wahl der richtigen Wellenlänge und Linienbreite ermöglichen Schmalbandlaser präzise Spektralanalysen und -messungen. Beispielsweise ermöglichen Schmalbandlaser in Gassensoren und der Umweltüberwachung präzise Messungen der optischen Absorption, der optischen Emission und der Molekülspektren in der Atmosphäre.

3. Lidar-Faserlaser mit schmaler Linienbreite und einer Frequenz finden ebenfalls wichtige Anwendung in LiDAR- oder Laser-Entfernungsmesssystemen. Durch die Verwendung eines Faserlasers mit schmaler Linienbreite und einer Frequenz als Detektionslichtquelle in Kombination mit optischer Kohärenzdetektion kann ein LiDAR oder Entfernungsmesser mit großer Reichweite (Hunderte von Kilometern) aufgebaut werden. Dieses Prinzip ähnelt der OFDR-Technologie in Glasfasern und bietet daher nicht nur eine sehr hohe räumliche Auflösung, sondern kann auch die Messdistanz erhöhen. In diesem System bestimmt die spektrale Linienbreite des Lasers bzw. die Kohärenzlänge den Entfernungsmessbereich und die Messgenauigkeit. Je besser die Kohärenz der Lichtquelle, desto höher die Leistung des gesamten Systems.