【所属领域】
光电信息
【痛点问题】
700nm-20μm近中红外波段超宽带可调谐飞秒激光，能够满足多光子显微镜、相干拉曼显微镜、红外光谱仪、近场光学显微镜的光源需求，是高端检测仪器的核心光源部件。
然而，现有激光系统依赖进口，由美国Coherent和Spectra-Physics，德国APE等公司垄断。价格高昂，且货期长，售后服务慢，面临禁售风险。另外，现有激光系统在脉冲宽度、谱线宽度以及调谐速度等方面的技术局限，限制了检测仪器的技术性能。例如，现有可调谐飞秒激光的脉冲宽度大于100fs，限制了多光子显微镜的检测灵敏度；而窄线宽激光的谱线宽度约为10cm-1，限制了红外光谱仪、近场光学显微镜的光谱分辨率。
【解决方案】
项目基于光学参量振荡器（OPO）来获得可调谐飞秒脉冲激光，以非线性晶体作为增益介质，将一个入射高频光子变换为两个频率（波长）可调谐的低频光子。非线性晶体的增益带宽决定了OPO的波长范围。
项目采用原创性技术概念，获得更短的可调谐飞秒激光脉冲，产生接近变换极限的可调谐皮秒激光脉冲，支持多光子显微镜、相干拉曼散射成像显微镜的信噪比与成像速度的大幅提升。
项目提出新的宽带非线性增益介质技术路线，颠覆基于窄带增益介质的现有技术路线，实现700-2000nm与2-20μm波长调谐范围，仅通过改变腔长即可实现波长调谐，支持毫秒级调谐时间，解决调谐速度问题。
图1 近红外波段可调谐飞秒激光的输出光谱
图2 中外波段可调谐飞秒激光的输出光谱
【技术指标】
超宽带可调谐飞秒激光的主要技术指标：
ü 波长调谐范围：700-2000nm近红外波段，2-20μm中红外波段
ü 波长调谐速度：秒级到毫秒级
ü 脉冲宽度（飞秒系统）：<100fs
ü 光谱带宽（窄线宽系统）：1 cm-1量级
【竞争优势】
1) 自主掌握核心技术，实现进口替代，技术、货期、售后服务可控，具备按需定制与技术升级能力，提供检测仪器核心部件，支持高端检测仪器的国产化。
2) 与现有国外进口产品相比，在脉冲宽度、谱线宽度以及调谐速度等方面具备明显优势，支持高端检测仪器技术性能的提升。
【技术成熟度】
已有样品/样机。
基于实验室原理样机，实现了激光光源用于红外光谱仪、近场光学显微镜等仪器的应用验证。
【产业化应用】
700-2000nm近红外波段可调谐飞秒激光光源是多光子显微镜、相干拉曼散射成像显微镜核心光源。2023年，全球双光子显微镜市场规模约为19.8亿美元，预计年增长率为6.9%。激发光源是多光子显微镜核心部件，其成本约为显微镜成本的20-50%。2-20μm中红外波段可调谐飞秒激光是傅里叶变换光谱仪、红外扫描近场光学显微镜、原子力显微镜-红外光谱仪器的理想光源。2023年，全球红外光谱仪市场规模为13亿美元，预计年增长率为5%。
发展规划
目前已完成实验室原理样机，需要进一步的工程化研发，与应用场景的匹配尚需进一步的实验验证。接下来的重点是研制工程样机，重点解决光机电一体化、模块化、小型化和稳定性等问题，实现实验样机——工程样机——商业推广的逐步推进。
知识产权
该成果已申请/授权多项中国发明专利。
合作方式
专利许可、专利转让、作价入股、技术开发、面谈等。
【联系方式】
CG25011
