今天我們來說說激光器線寬的表征方式：kHz與nm的換算關(guān)系。

窄線寬激光器有一個非常重要的指標(biāo) ? 線寬

那么什么是線寬呢？比如有一個激光信號（單色光譜），但這個單色光譜是相對于普通連續(xù)光譜而言的，實(shí)際上每個原子、分子的運(yùn)動狀態(tài)并不完全相同，電子能態(tài)也有微小差別，電子躍遷釋放的能量就有微小差別。最簡單的例子比如：激光器的工作物質(zhì)里面有同位素……這樣，把此激光信號打到分光鏡里看光譜，這個譜線就不是一條線，而是有一定寬度的一個譜線，這個寬度叫做“譜線寬度”，簡稱線寬，用FWHM可以量化線寬，即Full width at half maximum，光譜的半高寬度。

而線寬的表征單位可以用頻率（MHz 或 kHz）或波長（nm）來表示。但是這兩個單位怎么換算經(jīng)常有小伙伴很困擾。今天就為大家解答下。

具體換算關(guān)系如下：

　?。?）c=v*λ

　?。?）△v=c/(λ*λ)*△λ

　?。?）△x=c/△v

（其中△v為用Hz表示的線寬，△λ為用nm表示的線寬。頻率：v、光速：c、波長：λ、相干長度：△x）

敲黑板劃ZD：

如果懶得記公式的話也可以簡單記住，波長為1550nm時，100GHz=0.8nm就可以了。

比如：波長1550nm的窄線寬激光器，如線寬用Hz表示為100MHz，則換算用nm來表示為0.0008nm，這算是很窄線寬的激光器了。

不過目前更窄的激光器線寬可以做到小于5kHz。比如NKT的窄線寬激光器就可以達(dá)到線寬小于0.1kHz。

激光器的線寬越窄相干性越好，所以窄線寬光纖激光器在超高精度激光雷達(dá)、船舶水聽器、航天器對接、衛(wèi)星間通信及光纖通信領(lǐng)域具有極其廣泛的應(yīng)用。

一直以來，對于乙炔鎖頻激光系統(tǒng)的科學(xué)研究，要求1542nm種子激光器具有窄線寬、無跳模、高可靠特性。例如在頻率梳、光譜學(xué)、計(jì)量學(xué)或激光冷卻及俘獲的科研領(lǐng)域，長久的穩(wěn)定性和精確的波長控制對于鎖定和穩(wěn)定波長至關(guān)重要。

基于KOHERAS BASIK X15的高穩(wěn)定和窄線寬激光器系統(tǒng)

基于乙炔鎖頻激光技術(shù)，可以獲得更高的波長穩(wěn)定性系統(tǒng), 對此，NKT Photonics針對1542nm激光器優(yōu)化產(chǎn)品性能，目前Koheras BASIK X15已經(jīng)逐步成為基于乙炔鎖頻系統(tǒng)中種子激光器的選擇。更為重要的是，Koheras BASIK X15模塊是目前商用級別中線寬最窄且無跳模的激光器，洛倫茲線寬＜100Hz。

基于乙炔吸收的穩(wěn)頻激光器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如上圖所示，其中種子激光是NKT Photonics的Koheras BASIK X15，波長為1542nm。

相位噪聲指標(biāo)規(guī)格如下：

Koheras BASIK X15既可以用于石油鉆井平臺，因?yàn)槠渚哂懈叩目煽啃?，也可以用于科研?shí)驗(yàn)平臺，因其具有良好的規(guī)格指標(biāo)。

Koheras光纖激光器結(jié)構(gòu)緊湊，在惡劣環(huán)境中可以正常運(yùn)行的壽命超過10年，且故障率低于1%，因其優(yōu)異的光學(xué)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得Koheras激光器免校準(zhǔn)和免維護(hù)，使用起來更加便捷且可靠。

NKT Photonics工業(yè)級OEM激光器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠、抗環(huán)境影響能力強(qiáng)，無論室外和室內(nèi)的工作環(huán)境，都可以保證性能指標(biāo)，其已經(jīng)為眾多先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室提供了激光器，例如丹麥國家計(jì)量研究所和尼爾斯玻爾研究所的量子光學(xué)和光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室等。

NKT Photonics已經(jīng)銷售了超過15000臺Koheras激光器，該激光器可以用于石油鉆井平臺勘探、潛艇偵查、風(fēng)力渦輪機(jī)檢測，甚至在太空探索中也有應(yīng)用。NKT對于窄線寬激光器的研究已經(jīng)超過20年，并且NKT在窄線寬激光領(lǐng)域會持續(xù)領(lǐng)先，相信不久的將來，它將出現(xiàn)在您的實(shí)驗(yàn)室中。

參考文獻(xiàn)

[1]Comb-locked frequency-swept synthesizer for high precision broadband spectroscopy by Riccardo Gotti, Thomas Puppe, Yuriy Mayzlin, Julian Robinson-Tait, Szymon Wójtewicz, Davide Gatti, Bidoor Alsaif, Marco Lamperti, Paolo Laporta, Felix Rohde, Rafal Wilk, Patrick Leisching, Wilhelm G. Kaenders, Marco Marangoni published in Scientific Reports, 2020.

[2]Optical Frequency References thesis by Martin Romme Henriksen, Niels Bohr Institute, 2019.

[3]Optical frequency standard of continuous wave for fiber communication based on optical comb by Ruiyuan Liu, Ye Li, Cheng Qian, Dawei Li, Jianxiao Leng, Jianye Zhao published in Optics Communications, 2018.

[4]Investigating the use of the hydrogen cyanide (HCN) as an absorption media for laser spectroscopy by Martin Hosek, Simon Rerucha, Lenka Pravdova, Martin Cizek, Jan Hrabina, Petr Jedlicka and Ondrej Cip, published in SPIE Proceedings of the 21st Czech-Polish-Slovak Optical Conference on Wave and Quantum Aspects of Contemporary Optics, 2018.

[5]Enhancement of the performance of a fiber-based frequency comb by referencing to an acetylene-stabilized fiber laser by Thomas Talvard, Philip G. Westergaard, Michael V. DePalatis, Nicolai F. Mortensen, Michael Drewsen, Bjarke G?th, Jan Hald, published in Optics Express 2017.

[6]Optical frequency standard using acetylene-filled hollow-core photonic crystal fibers by Marco Triches, Mattia Michieletto, Jan Hald, Jens Kristian Lyngs?, Jesper L?gsgaard, Ole Bang published in Optics Express, 2015.

翻譯：翟宇佳