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、非常に狭い光線幅（つまり、狭いスペクトル）を持つレーザービームを生成できるという特徴を持つ、特殊な光学特性を持つレーザーの一種です。狭線幅レーザーの線幅とは、その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、この幅は「スペクトル線幅」または単に「線幅」とも呼ばれます。狭線幅レーザーは、通常数百キロヘルツ（kHz）から数メガヘルツ（MHz）の間の狭い線幅を持ち、これは従来のレーザーのスペクトル線幅よりもはるかに小さいです。

空洞構造による分類：

1. 線形共振器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。両方のレーザーの出力レーザーは、狭い線幅と低ノイズの高コヒーレンス光です。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により、出力レーザー周波数の安定性が良好になり、安定した単一縦モード出力を得やすくなります。

2. リング共振器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、狭幅レーザーを出力します。しかし、共振器長が長いため、縦モード間隔が小さく、環境の影響でモードジャンプが発生しやすく、安定性が低いという欠点があります。

製品用途：

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、高精度かつ高感度な測定を実現できます。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により、測定結果の精度が確保されます。

2. 高解像度スペクトル測定　狭線幅レーザーはスペクトル線幅が非常に狭いため、高解像度分光計の光源として理想的です。適切な波長と線幅を選択することで、狭線幅レーザーは高精度なスペクトル分析やスペクトル測定に利用できます。例えば、ガスセンサーや環境モニタリングにおいて、狭線幅レーザーを用いることで、大気中の光吸収、光放出、分子スペクトルの高精度な測定が可能になります。

3. LiDAR用単一周波数狭線幅ファイバーレーザーは、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があります。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使用し、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）LiDAR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に基づいているため、空間分解能が非常に高いだけでなく、測定距離も伸ばすことができます。このシステムでは、レーザーのスペクトル線幅または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高くなります。