技术限制了市场的发展

自 1980 年代以来，波长可调激光器受到了极大的关注和发展。目前，波长从近紫外到近红外的可调谐激光器已经投入商业化生产，并出现了多种不同结构和工作机制的产品，已广泛应用于光谱学、单片机实验室、医疗等领域。诊断、皮肤科等重要领域。

到目前为止，国际上已经开发出基于微机电系统 (MEMS) 的分布式反馈 (DFB) 激光器、分布式布拉格反射器 (DBR) 激光器和可调谐垂直腔面发射激光器 (VCSEL)。 、可调谐光纤激光器等。

此外，还开发了单片和混合集成滤波器、反射器、调制器、放大器等的可调谐激光器。可以获得大范围的波长调谐能力，最有可能用于小型化、高密度和大规模生产。

掺稀土元素玻璃光纤作为激光器的增益介质，具有结构紧凑、输出光束质量优良、转换效率高等优点，增益光纤的带宽普遍较宽，有利于激光的波长调谐。近十年来，随着光纤激光器技术的飞速发展，可调谐光纤激光器已成为光纤激光器的重要发展方向。与传统可调谐固态激光器相比，具有结构简单、稳定性好、调谐范围宽等显着优势。

目前1.5 µm可调谐光纤激光器技术可媲美固定波长激光器，可全面实现全C波段（1529~）或L波段（1570~）的宽带调谐。 2微米波段作为人眼安全波段逐渐受到市场关注，其相关产品在大气探测、光学元件测试、激光手术、激光雷达等领域具有重要的应用前景。

但是，目前市面上的 2 µm 激光器大多工作在固定波长模式，要么基于半导体作为增益介质，要么基于光学参量振荡 (OPO) 技术，导致结构复杂，不利于系统稳定性并改进生产。成本。

可调谐 2 µm 光纤激光技术

南京诺派激光科技有限公司自主研发设计推出国产2微米连续光纤激光器-2000。

-2000产品外观图

可调谐激光器主要由三个基本部分组成：具有有源增益区和谐振腔的激光器、改变和选择波长的可调谐器件、稳定输出波长的器件。采用外腔反馈光栅作为波长选择元件是可调谐激光器常用的技术手段。

诺派激光的外腔结构设计如图所示，主要包括4部分：激光发生模块、波长选择模块（外腔反馈光栅）、电控监控系统。

-2000结构图

激光发生模块主要包括谐振腔结构选择、泵浦光部分和增益光纤部分。在谐振腔结构选择方面，虽然环形腔有利于窄带宽激光输出，但由于结构复杂，腔内损耗大中红外 激光器 企业，不利于高效宽带可调谐输出。因此在产品结构设计中选择直线型腔作为基本型腔结构。

波长选择模块采用外腔结构，同时使用光栅和反射镜来实现波长可调功能。离开增益元件未镀膜端的光束首先被准直，然后光束被光栅衍射。零级衍射光从反射镜反射回光栅，在光栅处再次衍射，然后耦合回增益元件。在这种配置中，当反射镜旋转以调谐激光腔的支持波长时，光栅保持静止。与结构化激光器不同，零级自由空间光束的方向保持不变，这在某些应用中非常有益。

-2000是中红外2 µm CW激光器，宽调谐范围，波长调谐范围可从1900-2050 nm，线宽0.1 nm，平均功率>1兆瓦。在固定波长下具有出色的功率和波长稳定性，在扫描模式下扫描速度 >20 nm/s。例如，对于无源光纤元件或波导器件，利用-2000的波长扫描功能，可在30 s内获得2 µm左右的广谱传输特性峰。

-2000 典型输出光谱

不同波长的输出功率

输出功率稳定性测试

科研应用中的强大工具

2 µm可调谐光纤激光器已成为材料光谱表征和气体分子检测的科研工具。

光学元件的表征/测试

在光栅波导的测试应用中，将一对输入/输出光栅耦合器与一个损耗可忽略不计的短波导连接，然后用-2000连续可调激光器进行损耗测试，由光纤组成的偏振控制器作为测试信号灯，同时在芯片输出端使用光功率计（S148C）测试光功率。通过设置步进波长输出模式，可以实现中心波长1935-、步进5nm的连续输出。比较通过芯片前后的功率值，计算出芯片在不同波长下的耦合损耗比。哈尔滨工业大学徐克教授课题组在进行此类研究时得到如下曲线。

(a) 光栅耦合器的 FDTD 仿真（红线）和测量的偶数和效率（绿线）； (b) 光栅耦合器的光学微结构

在许多应用中，分插式微环谐振器是一种非常实用的设备。微环形状是这样的。

我们将微环设计成跑道结构，其弯曲半径、耦合长度和耦合间隙距离分别为 10 μm、12 μm 和 200 nm。微环波长调谐是通过设计一个额外的氮化钛层作为加热层来实现的。使用工作波长在2 µm波段的可调谐激光2000和功率计作为测试设备，在温度恒定的情况下，微调-2000的输出波长中红外 激光器 企业，观察功率计的变化，测量微环的两个相邻振荡峰：1967.6 nm 和 1979.5 nm。由于可调谐激光器本身的高调谐精度和信噪比，可以准确测量微环的振荡峰位置和振荡处的消光比。测试结果如图（a）和（b）所示。大于 20 分贝。

微环还经常用作滤光片，其中波长调谐功能可以显着增加设备的应用范围。本文通过对氮化钛层进行电加热来改变微环的振荡峰，进而实现波长选择。使用-2000的宽调谐范围，可以很好地测试不同温度下的振荡峰值位置，为实验改变参数提供了很大的空间。相关实验结果如图(c)所示。

(a)和(b)分别为微环在1967.6 nm和1979.5 nm处的共振值，(c)共振位移与功耗，（d）可调微环的俯视光学结构图。 （图片由哈尔滨工业大学徐克教授课题组提供）

随着2微米激光器市场份额的不断扩大，对相关元器件的需求也在不断增加，这对元器件生产的质量和数量提出了更高的要求。相应的元器件检测系统不仅可以检测元器件的质量，还可以促进元器件生产工艺的改进。 2 µm可调谐光纤激光器是光器件测试系统的核心部件，需求也在快速增长。

环境气体检测

CH4、大气中的CO2等气体是影响全球变暖的主要因素。它们在大气中的不断增加会形成一层看不见的玻璃罩，使太阳辐射到地球的热量无法散发到外层空间，直接导致地球表面升温，产生温室效应。

由于 CH4、CO2 和其他温室气体在 2 µm 波段（1.85-2.1 µm）具有很强的分子吸收峰，我们可以根据光谱技术，使用相应波长的激光对特定气体进行定量检测。

与传统的气体检测技术相比，利用吸收光谱法测量气体浓度具有以下优点：

1）可同时监测多种污染物浓度；

2）实现完全非接触式在线自动监控；

3）仪器灵敏度高。对于某种污染物，只要选择合适的光谱波段，就可以测量到1ppm以下的浓度（1ppm是百万分之几一);

4）运营成本低、安装方便、升级简单。

我国已经颁布的《中华人民共和国大气污染防治法》明确规定，大气环境保护应当纳入国民经济和社会发展规划。防治大气污染、保护大气是一项长期而艰巨的任务。随着我国经济的快速发展，特别是工业的快速发展，我国对能源的依赖程度越来越高，煤炭、石油等燃烧产生的CH4、CO2等温室气体越来越多， 2 µm 可调谐光纤激光器也将在这一细分市场占有一席之地。

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