量子通信：狭線幅レーザー

量子通信：狭線幅レーザー

狭線幅レーザー狭線幅レーザーは、特殊な光学特性を持つレーザーの一種で、非常に狭い光学線幅（つまり、狭スペクトル）のレーザービームを生成できることが特徴です。狭線幅レーザーの線幅とは、スペクトルの幅を指し、通常は単位周波数内の帯域幅で表され、「スペクトル線幅」または単に「線幅」とも呼ばれます。狭線幅レーザーの線幅は狭く、通常は数百キロヘルツ（kHz）から数メガヘルツ（MHz）の範囲で、従来のレーザーのスペクトル線幅よりもはるかに狭くなります。

空洞構造による分類：

1. 線形共振器型ファイバーレーザーは、分布ブラッグ反射型（DBRレーザー）と分布帰還型（DFBレーザー）2つの構造があります。どちらのレーザーの出力レーザーも、狭線幅で低ノイズの高コヒーレント光です。DFBファイバーレーザーは、レーザーフィードバックとレーザモード選択なので出力レーザー周波数の安定性が良好で、安定した単一縦モード出力を得やすくなります。

2. リングキャビティ型ファイバーレーザーは、ファブリ・ペロー（FP）干渉共振器、ファイバーグレーティング、サニャックリング共振器などの狭帯域フィルターを共振器内に導入することで、狭幅のレーザー光を生成します。しかし、共振器長が長いため、縦モード間隔が狭く、環境の影響でモードジャンプが発生しやすく、安定性に欠けます。

製品の用途:

1. 光センサー 狭線幅レーザーは光ファイバーセンサーの理想的な光源であり、光ファイバーセンサーと組み合わせることで、高精度・高感度の測定を実現します。例えば、圧力や温度の光ファイバーセンサーでは、狭線幅レーザーの安定性が測定結果の精度向上に貢献します。

2. 高分解能スペクトル測定 狭線幅レーザーはスペクトル線幅が非常に狭いため、高分解能分光計に最適な光源です。適切な波長と線幅を選択することにより、狭線幅レーザーは正確なスペクトル分析とスペクトル測定に使用できます。例えば、ガスセンサーや環境モニタリングにおいて、狭線幅レーザーは大気中の光吸収、発光、分子スペクトルの正確な測定に使用できます。

3. ライダー用単一周波数狭線幅ファイバーレーザーは、ライダー（LiDAR）やレーザー測距システムにおいても非常に重要な用途を持っています。単一周波数狭線幅ファイバーレーザーを検出光源として用い、光コヒーレンス検出と組み合わせることで、長距離（数百キロメートル）のライダーや測距装置を構築できます。この原理は光ファイバーにおけるOFDR技術と同じ動作原理であるため、非常に高い空間分解能を持つだけでなく、測定距離を延ばすこともできます。このシステムでは、レーザーのスペクトル線幅、つまりコヒーレンス長が距離測定範囲と測定精度を決定するため、光源のコヒーレンスが高いほど、システム全体の性能が向上します。