การสื่อสารแบบควอนตัม: เลเซอร์เส้นแคบ

การสื่อสารแบบควอนตัม:เลเซอร์เส้นแคบ

เลเซอร์เส้นแคบเป็นเลเซอร์ชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติทางแสงพิเศษ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือสามารถผลิตลำแสงเลเซอร์ที่มีเส้นสเปกตรัมแคบมาก (กล่าวคือ สเปกตรัมแคบ) ความกว้างของเส้นสเปกตรัมของเลเซอร์เส้นสเปกตรัมแคบหมายถึงความกว้างของสเปกตรัม ซึ่งโดยปกติจะแสดงเป็นแบนด์วิดท์ภายในหน่วยความถี่ และความกว้างนี้เรียกอีกอย่างว่า "ความกว้างของเส้นสเปกตรัม" หรือเรียกง่ายๆ ว่า "ความกว้างของเส้นสเปกตรัม" เลเซอร์เส้นสเปกตรัมแคบจะมีเส้นสเปกตรัมแคบ โดยปกติจะอยู่ระหว่างไม่กี่ร้อยกิโลเฮิรตซ์ (kHz) ถึงไม่กี่เมกะเฮิรตซ์ (MHz) ซึ่งเล็กกว่าความกว้างของเส้นสเปกตรัมของเลเซอร์ทั่วไปมาก

การจำแนกตามโครงสร้างโพรง:

1. เลเซอร์ไฟเบอร์โพรงเชิงเส้นแบ่งออกเป็นประเภทการสะท้อนแบบแบรกก์แบบกระจาย (DBR Laser) และประเภทการตอบรับแบบกระจาย (ดีเอฟบี เลเซอร์) โครงสร้างสองแบบ เลเซอร์เอาต์พุตของเลเซอร์ทั้งสองชนิดเป็นแสงที่มีความสอดคล้องกันสูง โดยมีความกว้างของเส้นที่แคบและสัญญาณรบกวนต่ำ เลเซอร์ไฟเบอร์ DFB สามารถให้ผลตอบรับเลเซอร์ทั้งสองแบบได้เลเซอร์การเลือกโหมดทำให้ความถี่เลเซอร์เอาท์พุตมีเสถียรภาพดี และทำให้การได้เอาท์พุตโหมดตามยาวเดี่ยวที่เสถียรนั้นง่ายกว่า

2. เลเซอร์ไฟเบอร์แบบ Ring-cavity จะส่งเลเซอร์ที่มีความกว้างแคบออกมาโดยการนำฟิลเตอร์แบนด์แคบ เช่น โพรงรบกวน Fabry-Perot (FP) ไฟเบอร์เกรตติ้ง หรือโพรงวงแหวน Sagnac เข้าไปในโพรง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโพรงมีความยาวมาก ระยะโหมดตามยาวจึงสั้น และโหมดกระโดดได้ง่ายภายใต้อิทธิพลของสภาพแวดล้อม และมีเสถียรภาพต่ำ

การประยุกต์ใช้ผลิตภัณฑ์:

1. เซ็นเซอร์ออปติก เลเซอร์ความกว้างแคบเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่เหมาะสำหรับเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสง โดยเมื่อใช้ร่วมกับเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสง จะทำให้สามารถวัดค่าได้อย่างแม่นยำและมีความไวสูง ตัวอย่างเช่น ในเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงความดันหรืออุณหภูมิ ความเสถียรของเลเซอร์ความกว้างแคบจะช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำของผลการวัด

2. การวัดสเปกตรัมความละเอียดสูง เลเซอร์เส้นสเปกตรัมที่แคบจะมีเส้นสเปกตรัมที่แคบมาก ทำให้เหมาะสำหรับเครื่องวัดสเปกตรัมความละเอียดสูง การเลือกความยาวคลื่นและเส้นสเปกตรัมที่เหมาะสมจะช่วยให้สามารถใช้เลเซอร์เส้นสเปกตรัมที่แคบเพื่อวิเคราะห์สเปกตรัมและวัดสเปกตรัมได้อย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่น ในเซนเซอร์ก๊าซและการตรวจสอบสิ่งแวดล้อม เลเซอร์เส้นสเปกตรัมที่แคบสามารถใช้เพื่อวัดการดูดกลืนแสง การแผ่รังสีแสง และสเปกตรัมโมเลกุลในชั้นบรรยากาศได้อย่างแม่นยำ

3. เลเซอร์ไฟเบอร์แบบเส้นแคบความถี่เดียวของ Lidar ยังมีการใช้งานที่สำคัญมากในระบบ LiDAR หรือระบบวัดระยะด้วยเลเซอร์ การใช้เลเซอร์ไฟเบอร์แบบเส้นแคบความถี่เดียวเป็นแหล่งกำเนิดแสงตรวจจับ ร่วมกับการตรวจจับความสอดคล้องของแสง สามารถสร้าง LiDAR หรือเครื่องวัดระยะระยะไกล (หลายร้อยกิโลเมตร) ได้ หลักการนี้มีหลักการทำงานเดียวกันกับเทคโนโลยี OFDR ในใยแก้วนำแสง ดังนั้นจึงไม่เพียงแต่มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงมากเท่านั้น แต่ยังสามารถเพิ่มระยะการวัดได้อีกด้วย ในระบบนี้ ความกว้างของเส้นสเปกตรัมเลเซอร์หรือความยาวความสอดคล้องจะกำหนดช่วงการวัดระยะทางและความแม่นยำในการวัด ดังนั้น ยิ่งความสอดคล้องของแหล่งกำเนิดแสงดีเท่าไร ประสิทธิภาพของระบบทั้งหมดก็จะสูงขึ้นเท่านั้น