什么是光學頻率梳？

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

光學頻率梳由“鎖模激光器”產生，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，鎖模激光器發射的光脈沖的兩個特征成為了研制光學頻率梳的關鍵。第一個特征是，包絡相對于載波發生微小位移，導致脈沖發生細微變化。脈沖包絡的峰值，可以和對應的載波波峰同時出現，也可以偏移到載波的波峰同時出現，該偏移量被稱為脈沖位相。第二個特征，鎖模激光器以重復頻率發射脈沖序列。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延展，而是形成許多離散的頻率。這個頻譜分布很像梳齒，彼此間隔與激光器的重復頻率精確相等。但在通常情況下，前后兩個脈沖的位相會發生一些不可預知但卻固定不變的偏移，這時，梳齒的頻率會偏離重復頻率的整數倍，出現零點漂移，使得梳齒頻率不可確定。

光學頻率梳的下一步是什么?

光頻梳在頻率范圍和應用領域上取得了顯著的進展。現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動原子核的躍遷，這將為時鐘和光譜學研究納米世界帶來新的可能性。

另一個重大進展是光纖激光頻率梳。光纖激光頻率梳利用光纖組件，可以長時間連續運行。科學家們還在研究和測試如何將光纖激光頻率梳應用于太空，通過不斷改進光纖激光頻率梳的性能、功率和耐用性，以適應新的應用和環境。

光學頻率梳的分類

按照不同產品類型，光學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或被動鎖模技術的周期性超短脈沖激光器，產生的脈沖的脈寬可達到皮秒(ps)甚至飛秒(fs)級別，單個脈沖的峰值功率可達到10μJ甚至更大，且通過使用合適的伺服反饋電路，可使鎖模激光器產生的脈沖具有穩定的重復頻率和較高的品質因數。基于鎖模激光器，利用鎖相環電路，通過對泵浦電流的反饋控制將光學頻率鎖定在基準頻率上，即可直接產生頻率間隔等于鎖模激光器的重復頻率的OFC。根據鎖模激光器增益介質的不同，基于鎖模激光器法的OFC可細分為：基于固體激光器的OFC產生技術和基于光纖激光器的OFC產生技術。

微腔激光器是激光器的重要一類，它是在光學微腔中，通過泵浦光源與激光增益介質的相互作用，使得增益分子通過能級躍遷形成受激輻射，從而產生激光出射的激光器。微環諧振腔是一種制作在光波導上的微環型諧振腔，一般由環半徑為幾十至幾百微米的環型波導和直波導借助空氣層或其他介質層相互耦合構成，可以是單獨的一個環結構，也可以是多個環以串聯或并聯的方式組成的陣列結構。微環諧振腔也是諧振腔結構的一種，光在該環型諧振腔中往返，當相位相同時將形成正反饋，發生諧振，其中滿足諧振條件的光經過往返振蕩后從直波導耦合輸出，不滿足諧振條件的光在環型波導中往返時被濾除。微環諧振腔具有獨特的波長選擇性、高Q值和結構緊湊便于集成的特點，在OFC的產生方面具有廣泛的應用。

光學頻率梳發展趨勢

飛秒光頻梳作為人類在光源領域的又一重大突破，將會帶來測量科學的又一次進步。同時，飛秒光頻梳作為一項新興的激光技術，其自身技術的發展與其應用的發展是相輔相成的。目前，飛秒光學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頻率、寬光譜范圍和小型化等方向發展，以滿足不同應用領域對光頻梳的不同需求。

雙光學頻率梳光譜技術作為新一代光譜測量工具，具有寬光譜、高速度、高精度和高準確度等技術優勢，是開展更高精度更快速度光譜測量的重要手段。經十余年的迅猛發展，雙光學頻率梳光譜技術已在三維成像、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用。

由于大數據、物聯網和高速無線通信等技術的迅猛發展，信息傳輸速率和容量出現爆炸式地增長，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）發展，以獲得更高的頻譜效率。可以利用光學頻率梳高相干性和寬譜特性進行高頻微波下變頻或者低頻微波上變頻，從而為實現超寬帶的微波光子器件測量提供可能的技術途徑。

光學頻率梳市場分析

根據阿譜爾（APO）的統計及預測，2022年全球光學頻率梳市場銷售額達到了2.87億元，預計2029年將達到4.07億元，年復合增長率（CAGR）為5.16%（2023-2029）。

從產品類型方面來看，基于飛秒鎖模激光器占有主要地位，預計2029年份額將達到96.10%。近年來，集成微腔光頻梳技術已取得長足進步，在激光雷達、相干通信、精密光譜、微波光子學、集成光鐘和量子光源等領域展示出優勢。

從產品應用來看，目前主要用于科學研究，光學頻率梳高精度、高靈敏度、高分辨率的特性為多個領域，例如光鐘、激光測距、阿秒科學、精密光譜測量、天文觀測、量子操控、生命科學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打開。日本XTIA是第一家將光頻梳技術帶入工業應用層面的公司。XTIA 現在為制造業提供基于光頻梳的 3D 掃描儀和 3D 檢測系統。

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

《2023-2029全球與中國光學頻率梳市場現狀及未來發展趨勢》

本報告研究全球與中國市場光學頻率梳的產能、產量、銷量、銷售額、價格及未來趨勢。重點分析全球與中國市場的主要廠商產品特點、產品規格、價格、銷量、銷售收入及全球和中國市場主要生產商的市場份額。歷史數據為2018至2022年，預測數據為2023至2029年。

主要廠商包括：

Menlo Systems

IMRA America

TOPTICA

AOSense

Vescent Photonics

Atseva

Menhir Photonics

Octave Photonics

Neoark

按照不同產品類型，包括如下幾個類別：

基于飛秒鎖模激光器

基于微腔激光器

其他

按照不同應用，主要包括如下幾個方面：

科學研究

工業

重點關注如下幾個地區

北美

歐洲

中國

日本

本文正文共11章，各章節主要內容如下：

第1章：報告范圍、研究目標、研究方法、數據來源、數據交互驗證；

第2章：報告定義、統計范圍、行業背景、發展歷史、現狀及趨勢，全球總體供需現狀、產品細分及主要下游市場；

第3章：全球總體規模（產能、產量、銷量、需求量、銷售收入等數據，2018-2029年）；

第4章：全球范圍內主要廠商競爭分析，主要包括產能、產量、銷量、收入、市場份額、價格、產地及行業集中度分析；

第5章：全球主要廠商基本情況介紹，包括公司簡介、產品型號、銷量、收入、價格及最新動態等；

第6章：全球主要地區分析，包括銷量、銷售收入等；

第7章：全球不同產品類型銷量、收入、價格及份額等；

第8章：全球不同應用銷量、收入、價格及份額等；

第9章：產業鏈、上下游分析、銷售渠道分析等；

第10章：市場動態、增長驅動因素、發展機遇、有利因素、不利及阻礙因素、行業波特五力模型分析等；

第11章：報告結論。

審核編輯 黃宇