光频梳载波包络偏移频率如何测量？系统成熟方案介绍

2026年06月05日 15:20

载波包络偏移频率（fceo），是飞秒光学频率梳的关键参数之一，用于描述脉冲序列中光载波与脉冲包络之间的相位漂移，这是光频梳能否“自校准”、成为绝对频率尺的关键。稳定度越高，系统越精密。载波包络偏移频率（fceo）的探测通常不依赖专用“探测器”，而是通过光学频率梳系统中的f-2f自参考技术实现，核心是利用非线性光学效应将光梳频谱展宽至倍频程，再通过拍频测量提取fceo信号。

此前，全球仅美国Octave Photonics COSMO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1nJ的脉冲能量（即frep频率=1）GHz时，平均功率>1W），这样才能方便与干涉仪进行高精度对准。国内也有不少厂家对此进行了深入的研究，但都未形成成熟系统的解决方案。

基于光学系统片上化演进思路，专注光频梳等光学精密测量研究的浩敏光电联合半导体所进行了长时间探索与技术攻关，该模块首次在同一TFLN芯片内完成超连续谱产生、二次谐波产生（SHG）与拍频探测，实现 fceo信号“片上扩谱、片上倍频探测”。

这款工业级 Fceo 探测模块核心关键在于采用 TFLN 二阶非线性系数与三阶非线性系数协同增强机制：
1. 色散工程波导在 1.55 μm 提供反常群速度色散，实现低能量超连续谱展宽；
2. 准相位匹配二次谐波在片内将频谱扩展至0.7–2.0 μm，可与原生短波分量完成拍频，实现fceo 探测；
3. 单片集成波导-探测器耦合结构，将拍频信号直接注入低噪声 Ge–Si APD，消除外置对准损耗。

此模块脉冲能量0.5nj，比传统方案降低约1个数量级，大幅降低了系统功耗；信噪比超过40dB，探测带宽500MHz，连续7×24 h 运行，fceo 探测信噪比漂移 <0.5 dB；紧凑机身尺寸仅巴掌大小，搭配全封闭铝合金一体成型壳体，机身抗摔耐磨、散热性能优异，10~40℃宽温稳定工作，12V 低压简易供电，完美适配便携化桌面光频梳、机载飞行梳、星载太空梳等下一代产品研发落地为超连续谱产生、大范围高精度距离测量、光学原子钟、高灵敏痕量物质探测、量子通信、量子计算等战略应用提供了可规模部署的芯片级解决方案。

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