COSMO模块，搭建光梳、快速测量载波包络偏频（fceo）的全新解决方案！

COSMO模块，搭建光梳、快速测量载波包络偏频（fceo）的全新解决方案！

美国的OCTave公司新推出的光频梳偏频测量模块（COSMO）可用于检测激光频率梳的载波包络偏移频率，该模块将纳米光子波导封装在内，所以使用便捷，并且可以通过标准光纤连接器连接至激光器。可以在激光脉冲能量小于140 pJ(平均功率<140 mW)的情况下实现对fceo的精确控制，信噪比>35dB，以更低的尺寸、重量和功率要求实现了非常好的性能,利用该模块搭建系统可以作为一种简单的1 GHz的超低噪声光学频率梳解决方案。

图1

该模块使用f-2f干涉测量法来检测载波包络偏移频率，它包含一个超连续谱产生模块、二次谐波产生材料和一个光电探测器。锁定fceo的f-2f自参考过程通常要求激光拥有至少1 nJ的脉冲能量(即frep频率= 1 GHz时，平均功率> 1 W)，这样才能方便与干涉仪进行高精度对准。由于光频梳偏频测量模块（COSMO）使用了纳米光子波导，它可以使用比传统方法低得多的脉冲能量来检测载波包络偏移频率，它允许以小于200 pJ (即frep频率=1 GHz时，平均功率< 200 mW，其中frep是指重复频率)的脉冲能量精确检测fceo，这使得光频梳偏频测量模块（COSMO）可以与各种频率的光梳一起使用，包括那些功率很低的光频梳或重复频率很高的光频梳。

图2

如图2所示的简单配置中，将锁模光纤激光器与光频梳偏频测量模块（COSMO）连接，再将该模块连接到示波器上，我们就可以在示波器上看到三个峰，分别是fceo、fceo-frep、frep.

下面介绍一下利用光频梳偏频测量模块（COSMO）稳定载波包络偏移频率的演示场景。

图3

如图3所示，在这个系统中，完全稳定的激光频率梳可以在几分钟内构建完成。各个光学模块间由保偏光纤相互连接，以简化组装难度并减少热漂移。系统首先从一个高重频飞秒激光器开始，Menhir Photonics激光器提供一个低噪声的1550 nm、1 GHz的飞秒脉冲激光，该激光被送入掺铒光纤放大器增加脉冲能量，放大后的脉冲光通过一小段色散补偿光纤之后输入光频梳偏频测量模块（COSMO），可以检测到载波包络偏移信号（fCEO），载波包络偏移信号（fCEO）在放大、滤波之后进入锁相环等反馈模块，为激光器提供反馈信号。此时的射频频谱分析仪上就可以看到具有相干尖峰了。

我们将放大器输出连接到光频梳偏频测量模块（COSMO），并调整放大器以提供max的fCEO信号。在300 kHz分辨率带宽下，fCEO的信噪比约为36 dB，在100 kHz分辨率带宽下，信噪比约为42 dB(图4)。这样的信噪比数据对于fCEO所需的精确可靠的锁定来说绰绰有余。然后，我们将fCEO电信号连接到Vescent SLICE-OPL并开始反馈控制，这使得我们能够将fCEO锁定到任意RF频率(图4，右侧蓝色曲线)。当我们增加反馈的增益时，我们看到fCEO的中心变窄，“相干尖峰”出现在中心(图4，右侧橙色曲线)。这表明我们实现了fCEO的精确锁相。在fCEO锁中观察到的环内剩余相位噪声如图5所示，证实了对频率低于40 kHz的相位噪声有很强的抑制作用。

图4

图5

zui后，该模块的基本参数如下：

规格	COSMO
输入脉冲波长	~1560 nm
输入脉冲能量	＞200 pJ
输入光纤	PM 1550 Fiber
输入光学信号接口	FC/APC
输入电信号接口	SMA
模块尺寸	~50×35×22 mm
输入平均功率	400 mW
工作温度	0 to 40 ℃
fCEO峰值的信噪比	＞35 dB

上海昊量光电设备有限公司是美国Octave Photonics公司在中国地区的代理合作伙伴，可以提供光频梳偏频测量模块（COSMO）的销售与技术服务，此外，昊量光电可以提供与该模块配套使用的整套设备，

例如：Menhir 激光器，它可以输出1550 nm、1 GHz的飞秒脉冲激光，该激光器集成度高、噪声低、坚固可靠，完全适配COSMO模块的使用需求。

图6 Menhir 高重频飞秒激光器

Moku：Pro，利用它的多仪器并行功能，可以针对激光器的重频、偏频搭建两个闭环进行锁定反馈，操作方便快捷。

图7 Moku：Pro多功能综合测量仪器

审核编辑 黄宇