丹麦技术大学实现单光纤白激光宽带低噪声输出

丹麦技术大学（DTU）电子系研究团队在《Optica》期刊发表成果，成功研制出基于单根光学光纤的超低噪声超连续谱光源（俗称“白激光”），其可用光谱范围达0.86–2.90微米，覆盖近红外至中红外波段。该指标较此前同等级低噪声系统提升近一倍，且全程保持极低强度噪声——这是首次在单光纤结构中同步实现宽带展宽与噪声抑制，无需拼接多类型光纤或外置脉冲压缩模块。

超连续谱光源的核心价值在于其兼具高亮度与超宽光谱：普通激光器仅输出单一或窄带波长，而超连续谱可在单次激发下覆盖可见光至中红外多个波段，相当于将数十台单波长激光器集成于一个光源中。这一特性使其成为光学相干断层扫描（OCT）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、痕量气体检测、工业缺陷识别等场景的关键部件。但长期存在一个根本矛盾：光谱越宽，非线性过程越剧烈，微小输入波动经放大后易转化为输出光强噪声，导致信噪比下降。此前商用低噪声系统通常限于0.9–1.7微米范围，难以有效激发水汽、甲烷、二氧化碳等关键气体在2–3微米区间的特征吸收峰。

DTU团队突破点在于“热色散工程”（thermal dispersion engineering）——对标准光子晶体光纤（PCF）的一段约数毫米长区域进行精准局部加热，改变其微观孔结构与材料折射率分布，从而反转该区段的群速度色散（GVD）符号。当飞秒激光脉冲进入该热处理区时，原本在常规光纤中被拉伸的脉冲被主动压缩，峰值功率瞬时提升；随后在光纤剩余未处理段中，更高强度的压缩脉冲更高效激发四波混频、自相位调制等非线性效应，实现宽带光谱展宽。整个过程在单根光纤内完成线性脉冲压缩+非线性光谱生成，规避了传统方案中光纤熔接带来的插入损耗（典型值0.3–0.5 dB/接点）、轴向对准偏差及机械稳定性风险。

为何0.86–2.90微米带宽对下游应用至关重要

该光谱范围直接对应多个高价值检测窗口：0.86–1.06微米适用于活体视网膜OCT成像；1.2–1.4微米为血红蛋白与水的弱吸收区，利于深层组织穿透；而2.0–2.9微米是甲烷（CH₄）、一氧化二氮（N₂O）、氟化烃类（HFCs）及多种挥发性有机物（VOCs）的强吸收指纹区。例如甲烷在2.33微米处的吸收系数比近红外1.65微米处高两个数量级。这意味着采用新光源的便携式气体分析仪可将检测限从ppm级推进至ppb级，且无需低温冷却探测器，降低整机功耗与体积。

对中国B2B用户的三项实操关注点

• 采购替代路径明确：当前国内科研与工业用超连续谱光源主要依赖NKT Photonics（丹麦）、LEUKOS（法国）及Toptica（德国）进口，其中低噪声型号单价普遍在12–25万美元；DTU方案若实现工程化量产，有望以单光纤模组形式提供核心光源组件，降低系统集成复杂度，中国光学仪器厂商可将其嵌入现有光谱分析平台，避免整机进口依赖。
• 产线适配需验证关键参数：该技术对泵浦源稳定性要求极高——需飞秒光纤激光器（中心波长1030 nm，重复频率80 MHz，脉宽<200 fs），国内尚无成熟量产型号；同时热处理光纤的长期热循环可靠性（如-5℃至60℃工况下1000小时性能漂移）尚未公布，设备制造商在导入前需重点测试温控模块与封装工艺。
• 认证与出口需注意红外波段监管：2.0–3.0微米属中红外激光，欧盟CE认证中EN 60825-1:2014将该波段Class 1安全限值设为0.5 mW（连续光），而本光源输出功率达数百毫瓦，整机出口至欧盟必须配置符合IEC 60825-1的自动快门与联锁电路，中国出口企业需提前预留安规设计空间。

该成果并非仅提升单一光源性能，更指向光纤功能集成的新范式：过去需由分立的啁啾光纤光栅、棱镜对、声光调制器等组件完成的脉冲整形任务，未来可通过定制化热处理光纤一步实现。DTU团队已证实该方法可适配多种基底光纤（如氟化物、硫系玻璃），下一步将探索2.5–5微米波段拓展。对中国光纤预制棒厂商而言，这提示了一个新增长点——具备可控热致微结构调控能力的特种光纤，可能成为高端光谱仪器供应链中的隐形卡点环节。

Zui值得关注的是热色散工程的工艺可复制性：DTU采用的CO₂激光局部加热装置成本低于5万美元，且加工精度达微米级，国内具备飞秒激光加工能力的光纤器件厂（如武汉长进、深圳联讯仪器）已具备技术迁移基础，若能在2026年内完成中试验证，有望在2027年切入国产高端光谱仪配套供应链。