光通信利用的光脉冲信号的重复频率而不是光子本身的频率。 激光器利用的是光脉冲的能量即光脉冲的时长宽度即单位时间内光子的数量同时也利用了光子自身的频率频率越高相同数量的光子的能量越高。光通信与激光系统两套完全不同的频率光通信利用的光脉冲信号的重复频率而不是光子本身的频率。 激光器利用的是光脉冲的能量即光脉冲的时长宽度即单位时间内光子的数量同时也利用了光子自身的频率频率越高相同数量的光子的能量越高。这里存在两个极易混淆的 “频率” 概念很多资料会把二者混在一起光子本征频率光载波频率对应波长单光子自身的振荡频率由发光物质能级决定。1550nm 通信光、1064nm 激光、532nm 绿光差异就是这个频率。决定单个光子携带多少能量\(Eh\nu\)。脉冲重复频率调制频率 / 比特率一秒钟输出多少个光脉冲代表信号的比特速率是信息编码的频率和单个光子本身能量无关。光通信层面光通信传输数据操控的是光脉冲的有无。脉冲到来代表 1没有脉冲代表 0。重复频率比特速率决定传输带宽10G、100G、400G 光模块提升的就是脉冲重复 / 调制速率光子自身的载波频率只是充当运载信号的 “载体”。1550nm 波段适合光纤传输是因为光纤损耗低并不是光子频率用来携带 0、1 信息。通俗类比 光纤如同高速公路光子载波频率 车型脉冲重复频率 一秒钟驶过多少辆汽车数据包。公路本身不代表信息车辆的疏密、有无才代表信息。重要可以把1550nm红外光子频率不变调制出 10Gbps、100Gbps 不同速率的信号。光子本身能量完全没变只是脉冲的重复频率变高。激光器脉冲能量层面一个光脉冲总能量 脉冲内部全部光子能量之和。\(E_{脉冲}N \cdot h\nu\) N脉冲内光子总数\(h\nu\)单个光子能量。同样一个脉冲如果光子本征频率更高波长更短例如 532nm 对比 1064nm同样光子数量 N脉冲总能量更大。如果光子频率不变把脉冲做窄脉宽变小总光子数集中在更短时间单位时间光子数量暴涨瞬时光强急剧升高触发非线性效应倍频、双光子吸收。CW 连续激光持续输出单位时间持续流出固定数量光子。脉冲激光把光子压缩到极短时间窗口释放。总光子不变时间越短瞬间光子密度越高峰值光强越大。关键点脉冲宽度脉宽 ns/ps/fs控制光子在时间上的压缩程度决定瞬时峰值光强重复频率一秒钟发射多少个脉冲影响平均功率不改变单脉冲内部峰值光子固有频率决定每一颗光子自带的基础能量。举一个工程实例1064nm 皮秒激光器光子本征频率约282THz固定单光子能量固定脉冲宽度10ps把所有光子压缩在 10 皮秒窗口放出决定峰值光强用来驱动 BBO 晶体倍频重复频率100kHz一秒钟出 10 万个脉冲。 如果修改重复频率改成 200kHz每个脉冲内部光子数变少平均功率变化但是单脉冲峰值光强不变光子本身频率不变。容易踩坑的混淆点❌ 光通信传输速率越高光子频率越高。 ✅错误。400G 光模块依旧使用 1550nm 红外光光子本征频率不变只是脉冲重复速率提升。❌脉冲越短光子自身频率越高。 ✅错误。1064nm 飞秒激光光子依然是 1064nm 的光子只是大量光子被挤压到极短时间补充傅里叶变换飞秒脉冲光谱更宽包含一小段频率范围但中心光子频率不变。倍频晶体场景 我们需要两件事 ①高峰值光强靠窄脉宽短时间内堆积大量光子 ②光子本征频率1064nm 光子经过非线性晶体两个光子耦合诞生频率加倍的 532nm 光子。这里同时用到脉冲时间压缩带来的高光强以及光子本身的固有频率。串联哲学总结两套频率各司其职光子自身的本征频率决定能量的底色脉冲的时间形态脉宽、重复频率决定能量如何在时间上排布。光通信利用脉冲的时间排布传递信息激光加工、非线性光学既利用时间压缩带来的高光强也利用光子本身的固有能量。