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技術文章
更新時間：2026-01-08
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基于鎖模飛秒激光器構建的光頻梳系統的優點是功率高，波長覆蓋范圍寬，工作穩定，是現在商品化程度*高的一類光頻梳架構。瑞士Menhir公司，美國Octave公司與加拿大Waxwing公司聯合起來，可以讓用戶非常方便且經濟的組建起一套快速鎖定，平穩工作，可擴展性強的光頻梳系統。最終搭建的光頻梳內視圖下：
圖1. 基于Menhir-1550的400MHz光頻梳系統內部
以圖1為例，可見整套光頻梳系統可以布置在一個小于300*450mm尺寸的面包板上，包含一臺1555nm波長，>80mW平均功率輸出，200fs脈沖寬度，400MHz高重復頻率的Menhir-1550光纖飛秒激光器，其單發脈沖能量200pJ正好匹配美國Octave公司COSMO (Comb-Offset Stabilization Module)模組，COSMO 是一個即插即用型的一體式fceo檢測模塊；其輸出的幾百MHz帶寬的fceo信號經過射頻信號低通濾波器，射頻信號放大器和射頻信號分頻器處理為60MHz帶寬后，接駁加拿大Waxwing公司的CLB( Comb Lock Box), 即可自動給出反饋信號施加到Menhir-1550鎖模飛秒光纖激光器上實現閉環反饋。
示例的光頻梳的fceo鎖定的殘余相位噪聲的均方根值小于0.2 rad [ 1kHz-10MHz] ,反饋環路的帶寬接近30kHz，從而有效抑制了噪聲，確保了光梳系統的穩定性和可靠性。此外CLB鎖定盒還另有出口可用于微調并鎖定光頻梳的重復頻率frep即光頻梳的梳齒間距。
圖2. 基于Menhir-1550的400MHz光纖飛秒激光器實現fceo鎖定
相關核心設備的參數
1. 瑞士Menhir 公司的Menhir-1550鎖模光纖飛秒激光器
型號 | MENHIR-1550 | MENHIR-1550+ |
類型 | 光纖飛秒振蕩器 | 振蕩器+放大器 |
平均功率 | 50mW | 可達 2W |
脈沖能量 | >0.05nJ | 可達 1nJ |
重復頻率 | 標準：0.216, 0.25, 0.4, 1 , 1.25 , 2, 2.5GHz | |
中心波長 | 1555nm+/-10nm | |
帶寬 | >10nm | |
脈寬 | <250 fs, 變換極限 | |
輸出 | 光纖(FC/APC保偏),或自由光 | |
光束質量： | M2<1.05 | |
振幅噪聲： | <0.1%(1h), <0.05%[1Hz-10MHz] | |
時間抖動 | <30fs (1kHz-10MHz) | |
能耗 | <10W | <50W |
電源 | 5V/2A DC | 24V/2A DC |
工作溫度 | 5 oC 到45 oC | |
工作濕度 | <80% 無結露環境 | |
控制器 | 無需控制器，一鍵啟動 | |
模擬接口 | 觸發，警報，狀態，功率調制，Interlock | |
數字接口 | USB，RS232 | |
可選項 | frep/fceo電調,射頻輸出,宇航級,OEM型, 220VAC | |
2. COSMO模塊： 美國Octave Photonics公司COSMO模塊
COSMO的英文全稱 Comb-Offset Stabilization Module，
COSMO 模塊 | 參數 |
輸入飛秒激光中心波長 | ~1560 nm |
CEO檢測所需*低脈沖能量 | 一般只需150 pJ |
*大輸入能量 | 1nJ |
輸入激光的推薦脈寬 | <250 fs |
輸入光纖 | PM1550 |
輸入光纖接頭 | FC/APC |
電信號輸出接頭 | SMA |
COSMO模塊尺寸 | 57x35x17 mm |
工作能耗 | 0.6 W (50 mA @12 V) |
COSMO模塊重量 | 70 g |
COSMO模塊工作溫度 | 5 to 40 C |
CEO檢測信噪比 | >35 dB(300 kHz RBW) |
3. CLB光梳鎖定盒: 加拿大Waxwing Instruments公司
CLB光梳鎖定盒包含接收，反饋與控制的電子學硬件和計算機軟件。請參考以下的示意圖：
參考文章： Menhir Photonics : Compact Frequency Comb Stabilization
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