什么是光學(xué)頻率梳？

光頻梳是一種特殊的超短脈沖激光器，其類似于光的尺子，能夠快速而準(zhǔn)確地測量光的頻率。

光學(xué)頻率梳由“鎖模激光器”產(chǎn)生，是一種超短脈沖激光。超短光脈沖的載波由單一頻率的光構(gòu)成，這種光會在光譜上該頻率顯示為一條豎線，表示只存在該頻率的光波。在這里，鎖模激光器發(fā)射的光脈沖的兩個(gè)特征成為了研制光學(xué)頻率梳的關(guān)鍵。第一個(gè)特征是，包絡(luò)相對于載波發(fā)生微小位移，導(dǎo)致脈沖發(fā)生細(xì)微變化。脈沖包絡(luò)的峰值，可以和對應(yīng)的載波波峰同時(shí)出現(xiàn)，也可以偏移到載波的波峰同時(shí)出現(xiàn)，該偏移量被稱為脈沖位相。第二個(gè)特征，鎖模激光器以重復(fù)頻率發(fā)射脈沖序列。這種脈沖序列光的頻譜不是以載波頻率為中心向兩邊連續(xù)延展，而是形成許多離散的頻率。這個(gè)頻譜分布很像梳齒，彼此間隔與激光器的重復(fù)頻率精確相等。但在通常情況下，前后兩個(gè)脈沖的位相會發(fā)生一些不可預(yù)知但卻固定不變的偏移，這時(shí)，梳齒的頻率會偏離重復(fù)頻率的整數(shù)倍，出現(xiàn)零點(diǎn)漂移，使得梳齒頻率不可確定。

光學(xué)頻率梳的下一步是什么?

光頻梳在頻率范圍和應(yīng)用領(lǐng)域上取得了顯著的進(jìn)展。現(xiàn)今的光頻梳比早期版本的頻率范圍更廣，可以涵蓋從深紅外到極紫外的范圍。特別是紫外光頻梳有望在未來用于驅(qū)動(dòng)原子核的躍遷，這將為時(shí)鐘和光譜學(xué)研究納米世界帶來新的可能性。

另一個(gè)重大進(jìn)展是光纖激光頻率梳。光纖激光頻率梳利用光纖組件，可以長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行?？茖W(xué)家們還在研究和測試如何將光纖激光頻率梳應(yīng)用于太空，通過不斷改進(jìn)光纖激光頻率梳的性能、功率和耐用性，以適應(yīng)新的應(yīng)用和環(huán)境。

光學(xué)頻率梳的分類

按照不同產(chǎn)品類型，光學(xué)頻率梳主要可以分為基于飛秒鎖模激光器和基于微腔激光器

鎖模激光器是一種基于主動(dòng)或被動(dòng)鎖模技術(shù)的周期性超短脈沖激光器，產(chǎn)生的脈沖的脈寬可達(dá)到皮秒(ps)甚至飛秒(fs)級別，單個(gè)脈沖的峰值功率可達(dá)到10μJ甚至更大，且通過使用合適的伺服反饋電路，可使鎖模激光器產(chǎn)生的脈沖具有穩(wěn)定的重復(fù)頻率和較高的品質(zhì)因數(shù)。基于鎖模激光器，利用鎖相環(huán)電路，通過對泵浦電流的反饋控制將光學(xué)頻率鎖定在基準(zhǔn)頻率上，即可直接產(chǎn)生頻率間隔等于鎖模激光器的重復(fù)頻率的OFC。根據(jù)鎖模激光器增益介質(zhì)的不同，基于鎖模激光器法的OFC可細(xì)分為：基于固體激光器的OFC產(chǎn)生技術(shù)和基于光纖激光器的OFC產(chǎn)生技術(shù)。

微腔激光器是激光器的重要一類，它是在光學(xué)微腔中，通過泵浦光源與激光增益介質(zhì)的相互作用，使得增益分子通過能級躍遷形成受激輻射，從而產(chǎn)生激光出射的激光器。微環(huán)諧振腔是一種制作在光波導(dǎo)上的微環(huán)型諧振腔，一般由環(huán)半徑為幾十至幾百微米的環(huán)型波導(dǎo)和直波導(dǎo)借助空氣層或其他介質(zhì)層相互耦合構(gòu)成，可以是單獨(dú)的一個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)，也可以是多個(gè)環(huán)以串聯(lián)或并聯(lián)的方式組成的陣列結(jié)構(gòu)。微環(huán)諧振腔也是諧振腔結(jié)構(gòu)的一種，光在該環(huán)型諧振腔中往返，當(dāng)相位相同時(shí)將形成正反饋，發(fā)生諧振，其中滿足諧振條件的光經(jīng)過往返振蕩后從直波導(dǎo)耦合輸出，不滿足諧振條件的光在環(huán)型波導(dǎo)中往返時(shí)被濾除。微環(huán)諧振腔具有獨(dú)特的波長選擇性、高Q值和結(jié)構(gòu)緊湊便于集成的特點(diǎn)，在OFC的產(chǎn)生方面具有廣泛的應(yīng)用。

光學(xué)頻率梳發(fā)展趨勢

飛秒光頻梳作為人類在光源領(lǐng)域的又一重大突破，將會帶來測量科學(xué)的又一次進(jìn)步。同時(shí)，飛秒光頻梳作為一項(xiàng)新興的激光技術(shù)，其自身技術(shù)的發(fā)展與其應(yīng)用的發(fā)展是相輔相成的。目前，飛秒光學(xué)頻率梳尤其是基于光纖鎖模激光器的飛秒光頻梳正在向高重復(fù)頻率、寬光譜范圍和小型化等方向發(fā)展，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)忸l梳的不同需求。

雙光學(xué)頻率梳光譜技術(shù)作為新一代光譜測量工具，具有寬光譜、高速度、高精度和高準(zhǔn)確度等技術(shù)優(yōu)勢，是開展更高精度更快速度光譜測量的重要手段。經(jīng)十余年的迅猛發(fā)展，雙光學(xué)頻率梳光譜技術(shù)已在三維成像、氣體分子光譜分析、速度場和溫度場精密測量中獲得初步應(yīng)用。

由于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和高速無線通信等技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息傳輸速率和容量出現(xiàn)爆炸式地增長，低頻段無線電頻譜已無法滿足未來大帶寬無線接入需求，無線電載波正在向更高的毫米波段（30 GHz~300 GHz）發(fā)展，以獲得更高的頻譜效率。可以利用光學(xué)頻率梳高相干性和寬譜特性進(jìn)行高頻微波下變頻或者低頻微波上變頻，從而為實(shí)現(xiàn)超寬帶的微波光子器件測量提供可能的技術(shù)途徑。

光學(xué)頻率梳市場分析

根據(jù)阿譜爾（APO）的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測，2022年全球光學(xué)頻率梳市場銷售額達(dá)到了2.87億元，預(yù)計(jì)2029年將達(dá)到4.07億元，年復(fù)合增長率（CAGR）為5.16%（2023-2029）。

從產(chǎn)品類型方面來看，基于飛秒鎖模激光器占有主要地位，預(yù)計(jì)2029年份額將達(dá)到96.10%。近年來，集成微腔光頻梳技術(shù)已取得長足進(jìn)步，在激光雷達(dá)、相干通信、精密光譜、微波光子學(xué)、集成光鐘和量子光源等領(lǐng)域展示出優(yōu)勢。

從產(chǎn)品應(yīng)用來看，目前主要用于科學(xué)研究，光學(xué)頻率梳高精度、高靈敏度、高分辨率的特性為多個(gè)領(lǐng)域，例如光鐘、激光測距、阿秒科學(xué)、精密光譜測量、天文觀測、量子操控、生命科學(xué)等提供了可靠測量工具。自頻率梳推出二十年來，全新的科技前景已經(jīng)打開。日本XTIA是第一家將光頻梳技術(shù)帶入工業(yè)應(yīng)用層面的公司。XTIA 現(xiàn)在為制造業(yè)提供基于光頻梳的 3D 掃描儀和 3D 檢測系統(tǒng)。

從生產(chǎn)商來說，全球范圍內(nèi)，光學(xué)頻率梳核心廠商主要包括Menlo Systems、IMRA America、TOPTICA、AOSense和Vescent Photonics等。2022年，全球第一梯隊(duì)廠商主要有Menlo Systems，第一梯隊(duì)占有大約24.35%的市場份額；第二梯隊(duì)廠商有IMRA America、TOPTICA和Neoark等，共占有36.39%份額。

《2023-2029全球與中國光學(xué)頻率梳市場現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢》

本報(bào)告研究全球與中國市場光學(xué)頻率梳的產(chǎn)能、產(chǎn)量、銷量、銷售額、價(jià)格及未來趨勢。重點(diǎn)分析全球與中國市場的主要廠商產(chǎn)品特點(diǎn)、產(chǎn)品規(guī)格、價(jià)格、銷量、銷售收入及全球和中國市場主要生產(chǎn)商的市場份額。歷史數(shù)據(jù)為2018至2022年，預(yù)測數(shù)據(jù)為2023至2029年。

主要廠商包括：

Menlo Systems

IMRA America

TOPTICA

AOSense

Vescent Photonics

Atseva

Menhir Photonics

Octave Photonics

Neoark

按照不同產(chǎn)品類型，包括如下幾個(gè)類別：

基于飛秒鎖模激光器

基于微腔激光器

其他

按照不同應(yīng)用，主要包括如下幾個(gè)方面：

科學(xué)研究

工業(yè)

重點(diǎn)關(guān)注如下幾個(gè)地區(qū)

北美

歐洲

中國

日本

本文正文共11章，各章節(jié)主要內(nèi)容如下：

第1章：報(bào)告范圍、研究目標(biāo)、研究方法、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)交互驗(yàn)證；

第2章：報(bào)告定義、統(tǒng)計(jì)范圍、行業(yè)背景、發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢，全球總體供需現(xiàn)狀、產(chǎn)品細(xì)分及主要下游市場；

第3章：全球總體規(guī)模（產(chǎn)能、產(chǎn)量、銷量、需求量、銷售收入等數(shù)據(jù)，2018-2029年）；

第4章：全球范圍內(nèi)主要廠商競爭分析，主要包括產(chǎn)能、產(chǎn)量、銷量、收入、市場份額、價(jià)格、產(chǎn)地及行業(yè)集中度分析；

第5章：全球主要廠商基本情況介紹，包括公司簡介、產(chǎn)品型號、銷量、收入、價(jià)格及最新動(dòng)態(tài)等；

第6章：全球主要地區(qū)分析，包括銷量、銷售收入等；

第7章：全球不同產(chǎn)品類型銷量、收入、價(jià)格及份額等；

第8章：全球不同應(yīng)用銷量、收入、價(jià)格及份額等；

第9章：產(chǎn)業(yè)鏈、上下游分析、銷售渠道分析等；

第10章：市場動(dòng)態(tài)、增長驅(qū)動(dòng)因素、發(fā)展機(jī)遇、有利因素、不利及阻礙因素、行業(yè)波特五力模型分析等；

第11章：報(bào)告結(jié)論。

審核編輯 黃宇