Octave Photonics Comb Offset Stabilization Module (COSMO)
1560nm 주파수 콤의 fCEO 검출 및 f-2f 자기참조를 위한 저펄스에너지 콤 안정화 모듈
(Octave Photonics)
Octave Photonics COSMO는 레이저 주파수 콤의 f-2f 자기참조와 캐리어-엔벨로프 오프셋 주파수(f_CEO) 검출을 간단하게 구성하기 위한 콤 오프셋 안정화 모듈입니다. 주파수 콤을 장기적으로 안정화하려면 반복률 f_rep뿐 아니라 f_CEO를 검출하고 제어해야 하는데, COSMO는 나노포토닉 도파로 기술을 이용해 낮은 펄스 에너지에서도 f_CEO 비트 신호를 얻을 수 있도록 설계되었습니다. 이를 통해 기존의 복잡한 자유공간 f-2f 간섭계 구성보다 작은 크기와 간단한 연결 방식으로 콤 안정화 시스템을 구성할 수 있습니다.
COSMO는 약 1560 nm 중심 파장의 펨토초 레이저 입력에 맞춰 설계되어 있으며, PM1550 광섬유와 FC/APC 커넥터를 통해 레이저와 연결됩니다. 모듈 내부에서는 입력 펄스가 나노포토닉 도파로를 통과하면서 f-2f 자기참조에 필요한 넓은 스펙트럼 성분을 생성하고, 검출된 f_CEO 신호는 SMA 커넥터를 통해 전기 신호로 출력됩니다. 이 전기 출력은 DOPLR과 같은 위상 잠금 장치나 기존 콤 안정화 전자장비에 연결해 f_CEO 안정화 루프를 구성할 수 있습니다.
이 제품의 핵심 장점은 낮은 펄스 에너지에서 CEO 검출이 가능하다는 점입니다. 사양 기준으로 CEO 검출에 필요한 최소 펄스 에너지는 일반적으로 150 pJ 수준이며, 최대 200 pJ 이하 조건으로 제시됩니다. 최대 입력 펄스 에너지는 1 nJ이고, 권장 입력 펄스폭은 250 fs 미만입니다. 낮은 펄스 에너지에서 f_CEO 신호를 얻을 수 있기 때문에, 더 낮은 평균 출력의 주파수 콤이나 더 높은 반복률의 레이저 시스템에서도 자기참조 구성을 보다 현실적으로 구현할 수 있습니다.
COSMO를 안정적으로 사용하려면 입력 펄스가 모듈 하우징 입구에서 충분히 압축되어 있어야 합니다. 따라서 사용자는 레이저 출력과 COSMO 사이의 광섬유 길이, 분산 보상 광섬유, 입력 펄스 에너지 조건을 적절히 조정해야 합니다. 입력 펄스 압축이 잘 맞으면 f_CEO 비트 신호의 신호대잡음비를 높일 수 있으며, 사양서 기준으로 낮은 노이즈의 레이저 시스템에서는 300 kHz 분해능 대역폭 조건에서 35 dB 이상의 CEO 피크 신호대잡음비를 기대할 수 있습니다.
표준 COSMO는 50 MHz–2 GHz 반복률 범위의 주파수 콤에 사용할 수 있으며, 내부 포토디텍터의 3 dB 대역폭에 따라 100 MHz형 또는 1 GHz형 구성을 선택할 수 있습니다. 일반적으로는 레이저 반복률의 절반을 기준으로 적절한 검출 대역을 선택하는 방식이 권장됩니다. 입력 펄스폭에 따라 150형과 200형 옵션을 선택할 수 있으며, 120–180 fs 입력 펄스에는 표준 150형, 180–250 fs 입력 펄스에는 200형 구성이 사용됩니다. 입력 PM1550 광섬유 길이도 지정할 수 있어, 사용 중인 레이저의 펄스 압축 조건에 맞춰 모듈을 구성할 수 있습니다.
기구적으로 COSMO는 커넥터를 제외하고 57 × 35 × 17 mm 크기의 매우 작은 모듈이며, 기본 무게는 베이스플레이트 제외 약 70 g입니다. 일반 전력 소비는 5 V에서 80 mA, 약 0.4 W 수준으로 낮아, 소형 주파수 콤 시스템이나 이동형 실험 구성에도 적용하기 쉽습니다. 사양서의 예시 구성처럼 Er 레이저와 COSMO를 휴대용 DC 배터리 팩으로 구동하면서 f_CEO, f_CEO − f_rep, f_rep 신호를 확인하는 소형 콤 오프셋 검출 구성이 가능합니다.
Octave Photonics는 표준 COSMO 외에도 특수 구성을 제공합니다. COSMO-mini는 표준 COSMO보다 더 작은 초소형 버전으로, 내장 트랜스임피던스 증폭기 없이 포토다이오드 핀에 직접 접근하는 구조입니다. 무게는 약 15 g이고 부피는 4 cm³ 미만으로, 극도로 작은 패키지가 필요한 장비 내장형 구성에 적합합니다. 반복률이 2 GHz를 넘는 경우에는 표준 COSMO 대신 COSMOO 구성을 사용할 수 있으며, 이 버전은 시준된 광출력을 제공해 사용자가 별도의 고속 포토디텍터로 fCEO를 측정할 수 있도록 설계됩니다.
나노포토닉 도파로는 작은 모드 면적 안에 빛을 강하게 가두기 때문에, 과도한 피크 세기에 의한 광손상 위험을 함께 고려해야 합니다. 특히 모드잠금 시드 레이저가 불안정해지거나 광증폭기가 시드광 없이 동작하는 상황에서는 제어되지 않은 과도 펄스가 발생할 수 있습니다. 이러한 위험을 줄이기 위해 Octave Photonics는 FLAIM 고속 광증폭기 인터록 모듈을 함께 사용할 수 있도록 제안하고 있으며, 시드광 손실 시 1 ms 미만의 응답으로 증폭기를 차단해 민감한 도파로 소자를 보호할 수 있습니다.
Octave Photonics COSMO는 f_CEO 검출 모듈, f-2f 자기참조 모듈, 주파수 콤 오프셋 안정화 장치, 1560 nm 펨토초 레이저용 콤 안정화 모듈, 낮은 펄스 에너지 CEO 검출기, Er 주파수 콤 안정화 시스템을 찾는 연구실에 적합합니다. 작은 패키지, 낮은 입력 펄스 에너지, 광섬유 기반 연결, SMA 전기 출력, COSMO-mini 및 COSMOO 확장 옵션을 통해 주파수 콤 자기참조와 f_CEO 안정화 구성을 보다 간단하고 실용적으로 구현할 수 있습니다.
특징
■ 약 1560 nm 입력 파장에 최적화된 CEO 신호 검출 모듈
■ 200 pJ 미만의 낮은 최소 펄스 에너지로 안정적인 신호 검출 지원
■ 50 MHz–2 GHz 반복률 범위에 대응하는 초고속 레이저 분석 성능
■ PM1550 파이버 및 FC/APC 커넥터 입력을 지원하는 편광 유지 구성
■ SMA 커넥터 출력으로 외부 계측 장비와 간편한 신호 연동 가능
■ 57 × 35 × 17 mm 소형 설계로 장비 내장 및 시스템 통합에 적합
■ 35 dB 이상의 CEO 신호대잡음비를 제공하는 저노이즈 검출 성능
제품 사양
| Model | COSMO |
| Input Pulse Wavelength | ~1560 nm |
| Minimum Pulse Energy for CEO detection | 150 pJ typical 200 pJ max. |
| Maximum Input Pulse Energy | 1 nJ |
| Recommended Input Pulse Duration | <250 fs |
| Input Fiber | PM1550 |
| Input Optical Connector | FC/APC |
| Output Electrical Connector | SMA |
| Dimensinos (excluding connectors) | 57 x 35 x 17 mm |
| Typical Electrical Power Draw | 0.4 Watts (80 mA @ 5 V) |
| Weight (without baseplat) | 70 grams |
| Operating Temperature* | 5 to 40 ºC |
| Signal-to-Noise Ratio of CEO Peak** | >35 dB (300 kHz RBW) |
* Contact Octave for qualification of COSMO units over a larger temperature range.
** Observed signal-to-noise ratio depends on laser stability. >35 dB assumes a low-noise laser system.
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