从固定波长到宽范围连续调谐：一台CW OPO如何打近-中红外（1435-4138 nm）精密研究的新窗口？

　　在激光光谱、气体检测、材料表征以及量子光学实验中，研究人员经常面临一个问题： 目标分子或材料的特征吸收峰并不在常规激光器的固定波长上。 半导体激光器、光纤激光器和固体激光器通常只能覆盖有限的波长范围。当实验需要在较宽光谱范围内连续扫描，同时又要求激光具有窄线宽、高稳定性和良好光束质量时，传统固定波长光源往往难以兼顾。 连续波光学参量振荡器(Continuous-Wave Optical Parametric Oscillator)，正是为解决这一类问题而发展起来的宽范围可调谐激光光源。

什么是CW OPO?

　　OPO的基本原理，是利用非线性晶体中的光学参量转换过程，将一束泵浦光转换为两束新的激光：

• 波长较短的信号光(Signal)
• 波长较长的闲频光(Idler)
• 三者之间满足能量守恒关系： ω3 = ω2 + ω1 其中，ω3、ω2和ω1分别代表泵浦光、闲频光和信号光的角频率。 通过调节非线性晶体的温度、角度或周期极化结构，可以改变相位匹配条件，从而连续调节信号光和闲频光的输出波长。

　　与飞秒或皮秒OPO不同，CW OPO以连续波形式运行，没有脉冲结构。它的优势并不在于极高的峰值功率，而在于： 宽范围调谐、窄线宽、稳定连续输出以及高光谱分辨率。 这使CW OPO特别适合需要精确匹配分子吸收线、原子跃迁或材料共振峰的实验。

为什么中红外研究尤其需要CW OPO?

　　中红外波段通常被称为分子的“指纹光谱区”。 许多分子的转动—振动跃迁都位于这一波段。不同分子具有不同的吸收峰，因此可以通过扫描激光波长，识别样品中存在的化学成分，并进一步测量其浓度。 在气体传感和分子光谱实验中，待测吸收线通常非常窄。光源线宽过宽，会降低光谱分辨率;波长调节范围不足，又可能无法覆盖目标吸收峰。 CW OPO能够同时提供：

• 覆盖近红外和中红外的宽调谐范围
• MHz量级甚至更窄的光谱线宽
• 连续、稳定的输出功率
• 可进行精细扫描的输出波长
• 良好的空间光束质量 因此，它非常适合作为直接吸收光谱、振动光谱以及高灵敏气体检测系统的核心光源。

Titan：面向近红外和中红外研究的宽可调谐CW OPO

　　Radiantis的Titan是一款宽范围可调谐连续波OPO。其使用一套光学系统即可实现信号光和闲频光的宽范围调谐，不需要为了切换波段而更换不同的光学模块。系统采用数字化控制，并配备操作软件及集成式光谱监测功能，可通过电脑界面或远程指令控制。

主要输出参数

　　Titan的信号光输出范围为： 1435~2000 nm 闲频光输出范围为： 2270~4138 nm

　　根据不同功率版本，Titan在调谐曲线峰值附近可实现：

• 信号光输出功率超过 W
• 闲频光输出功率超过4 W
• 信号光线宽小于1 MHz
• 闲频光线宽小于10 MHz 系统输出为TEM₀₀空间模式，M²≤;信号光和闲频光的功率稳定性均可低于% RMS。其良好的光束指向稳定性，也有助于在扫描波长时保持光路和耦合状态稳定。 这些性能意味着，Titan不仅能够“调到目标波长”，还能够在波长扫描过程中维持较好的光束质量、功率稳定性和实验重复性。

CW OPO可以应用在哪些研究方向?

01 高分辨激光光谱与气体传感

　　这是CW OPO最具代表性的应用方向之一。 不同气体分子在中红外波段具有各自独特的振动吸收特征。通过连续扫描OPO波长，并记录样品对不同波长激光的吸收变化，可以实现气体种类识别和浓度测量。 Titan覆盖的~ μm闲频光波段，可用于研究多种分子和气体的振动吸收特征，适合应用于：

• 中红外直接吸收光谱
• 痕量气体检测
• 环境与大气监测
• 燃烧过程诊断
• 化学反应过程分析
• 分子振动光谱
• 腔衰荡光谱
• 高分辨率红外光谱 腔衰荡光谱等技术可以利用高反射率光学腔增加光与待测气体的有效作用距离，从而提高微弱吸收的检测能力。可调谐激光则可以扫描一个或多个分子的特征吸收线，实现高选择性的组分识别。 对于吸收线较窄的气体和原子体系，Titan的窄线宽尤其具有价值。

  02 量子光学与量子技术

  子光学实验通常对激光波长、线宽、相干性和稳定性具有较高要求。 CW OPO可以应用于或辅助开展：

• 自发参量下转换
• 纠缠光子对产生
• 和频与差频转换
• 四波混频
• 量子点和色心光谱
• 原子与分子精密光谱
• 量子通信波段转换
• 里德堡态及其他原子跃迁研究 例如，在纠缠光子对产生过程中，可调谐泵浦光可以帮助研究人员选择合适的光子波长，使产生的光子与非线性晶体、量子点、原子系统或光纤通信波段匹配。 Radiantis指出，精确调节激光波长有助于优化纠缠光子对的产生条件，并提高不同量子平台之间的兼容性。

  结语

  从分子振动光谱、痕量气体检测，到硅光器件、纳米材料和量子光学实验，越来越多的研究需要激光器同时具备宽波长调谐、窄线宽和稳定输出能力。 以Radiantis Titan为代表的CW OPO，将传统OPO的宽调谐能力与连续波激光的高光谱分辨率结合起来，可以在一套系统中覆盖近红外和中红外多个关键研究波段。 对于需要扫描未知光谱结构、匹配特定分子吸收线或开展精密光谱研究的用户而言，Titan不仅是一台可调谐激光器，更像是一把能够在近红外与中红外波段自由移动的“光学标尺”。