การสื่อสารแบบควอนตัม: เลเซอร์เส้นแคบ

การสื่อสารแบบควอนตัม:เลเซอร์เส้นแคบ

เลเซอร์เส้นแคบเป็นเลเซอร์ชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติทางแสงพิเศษ ซึ่งโดดเด่นด้วยความสามารถในการสร้างลำแสงเลเซอร์ที่มีเส้นสเปกตรัมแคบมาก (กล่าวคือ สเปกตรัมแคบ) ความกว้างของเส้นสเปกตรัมของเลเซอร์เส้นสเปกตรัมแคบหมายถึงความกว้างของสเปกตรัม ซึ่งโดยปกติจะแสดงเป็นแบนด์วิดท์ภายในหนึ่งหน่วยความถี่ และความกว้างนี้เรียกอีกอย่างว่า "ความกว้างของเส้นสเปกตรัม" หรือเรียกสั้นๆ ว่า "ความกว้างของเส้นสเปกตรัม" เลเซอร์เส้นสเปกตรัมแคบจะมีความกว้างของเส้นสเปกตรัมแคบ โดยปกติจะอยู่ระหว่างไม่กี่ร้อยกิโลเฮิรตซ์ (kHz) ถึงไม่กี่เมกะเฮิรตซ์ (MHz) ซึ่งน้อยกว่าความกว้างของเส้นสเปกตรัมของเลเซอร์ทั่วไปมาก

การจำแนกตามโครงสร้างโพรง:

1. เลเซอร์ไฟเบอร์โพรงเชิงเส้นแบ่งออกเป็นประเภทการสะท้อนแบบแบรกก์แบบกระจาย (DBR Laser) และประเภทการตอบรับแบบกระจาย (ดีเอฟบี เลเซอร์) โครงสร้างสองแบบ เลเซอร์เอาต์พุตของเลเซอร์ทั้งสองชนิดเป็นแสงที่มีความสอดคล้องกันสูง มีความกว้างของเส้นที่แคบและมีสัญญาณรบกวนต่ำ เลเซอร์ไฟเบอร์ DFB สามารถให้ผลป้อนกลับของเลเซอร์และเลเซอร์การเลือกโหมดทำให้ความถี่เลเซอร์เอาต์พุตมีเสถียรภาพดี และทำให้การได้รับเอาต์พุตโหมดตามยาวเดี่ยวที่เสถียรง่ายขึ้น

2. เลเซอร์ไฟเบอร์แบบ Ring-cavity ส่งสัญญาณเลเซอร์แบบความกว้างแคบโดยการนำฟิลเตอร์แบนด์แคบ เช่น โพรงแทรกสอด Fabry-Perot (FP) ไฟเบอร์เกรตติง หรือโพรงวงแหวน Sagnac เข้าไปในโพรง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโพรงมีความยาวมาก ช่วงโหมดตามยาวจึงสั้น และง่ายต่อการข้ามโหมดภายใต้อิทธิพลของสภาพแวดล้อม และเสถียรภาพก็ต่ำ

การประยุกต์ใช้ผลิตภัณฑ์:

1. เซ็นเซอร์ออปติคัล เลเซอร์แบบความกว้างแคบเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่เหมาะสำหรับเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสง เมื่อใช้ร่วมกับเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสง จะทำให้สามารถวัดค่าได้อย่างแม่นยำและมีความไวสูง ตัวอย่างเช่น ในเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงความดันหรืออุณหภูมิ ความเสถียรของเลเซอร์แบบความกว้างแคบจะช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำของผลการวัด

2. การวัดสเปกตรัมความละเอียดสูง เลเซอร์เส้นสเปกตรัมแบบแคบมีความกว้างของเส้นสเปกตรัมที่แคบมาก จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องสเปกโตรมิเตอร์ความละเอียดสูง การเลือกความยาวคลื่นและความกว้างของเส้นสเปกตรัมที่เหมาะสมทำให้สามารถใช้เลเซอร์เส้นสเปกตรัมแบบแคบเพื่อการวิเคราะห์สเปกตรัมและการวัดสเปกตรัมได้อย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่น ในเซ็นเซอร์ก๊าซและการตรวจสอบสภาพแวดล้อม เลเซอร์เส้นสเปกตรัมแบบแคบสามารถใช้เพื่อการวัดการดูดกลืนแสง การแผ่รังสีแสง และสเปกตรัมโมเลกุลในชั้นบรรยากาศได้อย่างแม่นยำ

3. เลเซอร์ไฟเบอร์แบบเส้นแคบความถี่เดียว Lidar ยังมีการใช้งานที่สำคัญมากในระบบ LiDAR หรือระบบวัดระยะด้วยเลเซอร์ การใช้เลเซอร์ไฟเบอร์แบบเส้นแคบความถี่เดียวเป็นแหล่งกำเนิดแสงตรวจจับ ร่วมกับระบบตรวจจับความสอดคล้องทางแสง (Optical Coherence Detection) สามารถสร้าง LiDAR หรือเครื่องวัดระยะระยะไกล (หลายร้อยกิโลเมตร) ได้ หลักการนี้มีหลักการทำงานเช่นเดียวกับเทคโนโลยี OFDR ในใยแก้วนำแสง จึงไม่เพียงแต่มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงมาก แต่ยังสามารถเพิ่มระยะการวัดได้อีกด้วย ในระบบนี้ ความกว้างของเส้นสเปกตรัมเลเซอร์หรือความยาวความสอดคล้องทางแสงจะเป็นตัวกำหนดช่วงการวัดระยะทางและความแม่นยำในการวัด ดังนั้น ยิ่งแหล่งกำเนิดแสงมีความสอดคล้องกันมากเท่าใด ประสิทธิภาพของระบบโดยรวมก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น