El láser de una sola frecuencia de ancho de línea estrecho es una fuente de luz dominante y desempeña un papel importante en muchos campos. El siguiente es un análisis en profundidad de sus ventajas:

1. ventajas de las características espectrales

(1) extremadamente estrecho y ancho de línea (ultra - Narrow linewidth)

Definición: el ancho de línea generalmente se refiere al rango de fluctuación de frecuencia de la luz de salida del láser, y el ancho de línea del láser de una sola frecuencia de ancho puede ser tan bajo como la magnitud de khz, o incluso más pequeño.

Ventajas:

Alta coherencia: el ancho de línea estrecho significa que las ondas de luz son monocromáticas y tienen una longitud de coherencia de tiempo de hasta decenas de kilómetros, lo que es adecuado para mediciones de interferencia de precisión (como la detección de ondas gravitacionales y la detección de fibra óptica).

Bajo ruido: alta estabilidad de frecuencia, puede inhibir el ruido de fase y la deriva de frecuencia, y mejorar la relación señal - ruido de la señal.

Coincidencia espectral precisa: en la comunicación óptica, el ancho de línea estrecho puede reducir el desajuste espectral de ganancia con el amplificador de fibra óptica y reducir la pérdida de transmisión.

(2) salida de frecuencia única (operación de frecuencia única)

Definición: el láser solo emite un modo modo longitudinal, sin competencia multimodo o salto de modo.

Ventajas:

Evitar el ruido competitivo del modo: la salida de una sola frecuencia elimina el ruido de frecuencia de disparo entre múltiples modos longitudinales y es adecuada para la detección de alta precisión y la fotónica de microondas.

Simplificar las necesidades de filtrado: en los sistemas de comunicación óptica, las características de frecuencia única pueden reducir la Dependencia de los filtros de banda estrecha y reducir la complejidad del sistema.

2. ventajas de rendimiento y estabilidad de los láseres de una sola frecuencia de ancho de línea estrecho

(1) estabilidad de frecuencia

Tecnología activa de Estabilización de frecuencia: la frecuencia se bloquea a la línea de resonancia atómica / molecular a través de retroalimentación de circuito cerrado, y la deriva de frecuencia se puede controlar en la magnitud de mhz.

Escenarios de aplicación:

Reloj óptico: el láser de ancho de línea estrecho es el núcleo del reloj óptico, y su estabilidad de frecuencia afecta directamente la precisión de la medición del tiempo.

Rango astronómico: en el rango láser (como el rango láser por satélite), el ancho de línea estrecho puede reducir el error de desplazamiento de frecuencia causado por perturbaciones atmosféricas.

(2) estabilidad de potencia

Características de salida del modo único: el láser de frecuencia única evita las fluctuaciones de potencia causadas por la competencia multimodo, y el ruido de potencia de salida puede ser tan bajo como menos del 0,1% rms.

Ventajas: en la comunicación óptica, la estabilidad de potencia puede reducir la distorsión de la señal; En el tratamiento láser médico, una densidad de potencia estable puede evitar lesiones tisulares.

3. ventajas específicas de la aplicación de láseres de una sola frecuencia de ancho de línea estrecho

(1) comunicaciones ópticas y redes ópticas

Multiplexaje de División de longitud de onda de alta densidad (dwdm): el ancho de línea estrecho (como < 1 mhz) puede reducir el intervalo de canal (como 50 ghz) y mejorar la eficiencia del espectro.

Supresión del efecto no lineal: el ancho de línea estrecho reduce la interferencia no lineal, como la mezcla de cuatro ondas (fwm), y prolonga la distancia de transmisión de alta velocidad.

Ejemplo: el láser de frecuencia única admite la transmisión de alta velocidad del módulo óptico 400g / 800g en la interconexión óptica del Centro de datos.

(2) detección de fibra óptica

Detección de dispersión coherente: la longitud seca de fase larga de un láser de ancho de línea estrecho puede mejorar la dispersión de Rayleigh o la señal de dispersión de brillouin, y mejorar la resolución de detección de temperatura / tensión (como la magnitud de μepsilon).

Detección distribuida: en el sistema OTDR sensible a la fase, el ancho de línea estrecho puede detectar pequeñas vibraciones (como la detección de intrusión).

(3) física atómica y tecnología cuántica

Captura de átomos fríos: láseres de ancho de línea estrecho (como láseres de mariposa semiconductores) se utilizan en trampas magnetoópticas (mots) y redes ópticas para emparejar con precisión las líneas de transición atómica (como la línea rubidio d2).

Distribución de claves cuánticas (qkd): las características de frecuencia única garantizan la consistencia de la frecuencia fotónica y reducen el riesgo de robo.

(4) Óptica médica y biológica

Tomografía de coherencia óptica (oct): el ancho de línea estrecho proporciona una alta resolución longitudinal para imágenes profundas de la retina.

Terapia espectral: el láser de una sola frecuencia puede coincidir con precisión con el pico de absorción del tejido biológico.