科研与工业选型必看：K2 Photonics、Menlo Systems等五大光梳品牌技术对比

一.引言

在精密计量与量子技术飞速发展的今天，光学频率梳（Optical Frequency Comb，OFC）作为一种革命性的光学测量工具，正在重新定义时间、频率和距离的测量精度。自2005年诺贝尔物理学奖授予光梳技术以来，这一被誉为“光学尺”的技术已经从实验室走向广泛应用，涵盖光学原子钟、精密光谱测量、天文观测校准、量子计算、激光雷达（LiDAR）等多个前沿领域。

光梳的核心价值在于它在光频与射频之间架起了一座精准的桥梁，使得原本难以直接测量的光学频率可以溯源至现行的时间频率基准。随着技术路线的多元化发展，锁模激光器光频梳、电光调制光频梳和微腔光频梳三大技术路线并行发展，市场上也涌现出各具特色的品牌产品。本文将深入剖析市面上主流的光学频率梳品牌，详细对比其技术类型、性能特点和适用场景，为相关领域的用户提供全面、深入的选型参考。

二、光学频率梳技术基础概述

2.1 光学频率梳的基本原理

光学频率梳在时域上表现为一系列飞秒级超短脉冲序列，在频域上则呈现为等间隔、离散且相干的频率分量，形如“梳齿”。其核心数学表达式为：

fn = fceo + n × frep

其中，frep是重复频率（梳齿间距），fceo是载波包络偏移频率，n为整数（梳齿序号）。当这两者都被稳定锁定后，整个梳状谱的每一根“梳齿”都成为可精确溯源的频率参考点。

2.2 主要技术分类

光梳技术主要分为三大路线：

1）锁模激光器光频梳

其原理基于飞秒锁模激光器，通过在激光谐振腔中引入锁模机制，产生宽度为飞秒量级的超短脉冲序列，该序列在频域上对应为等间隔的频率梳齿。根据增益介质和谐振腔类型，又可分为光纤光频梳和固体激光器光频梳。

光纤光频梳：采用掺铒或掺镱光纤作为增益介质，具有结构紧凑、免调节、环境稳定性好的优点，重复频率通常在几十MHz到GHz，光谱范围可覆盖近红外波段（如1.0 μm、1.5 μm）。

固体激光器光频梳：通常以钛宝石等晶体为增益介质，可获得更宽的光谱覆盖（可见光到近红外）和更短的脉冲宽度，但系统相对复杂，对环境要求较高。

优势：技术成熟、光谱宽、稳定度高、输出功率较高。局限：系统体积较大，重复频率相对固定，且部分双光梳应用需两套独立系统，复杂度和成本较高。主要应用：光学频率计量、光学原子钟、精密光谱学、天文光谱校准等。

2. 电光调制光频梳

该技术利用电光调制器（如相位调制器或强度调制器）对连续波激光进行调制，产生边带，进而形成频率梳。通过级联调制器或使用高Q值谐振腔提高调制效率，可以获得较宽的梳齿范围。电光调制光梳的最大特点是梳齿间距由调制频率决定，因此可灵活调谐，且梳齿线宽可保持与种子激光相近的窄线宽。

优势：梳间距连续可调（从MHz到几十GHz）、线宽窄、易于与光纤系统集成。局限：光谱宽度相对锁模光梳较窄（通常仅覆盖几十nm），梳齿功率随阶数下降较快。主要应用：光通信波分复用、微波光子学、任意波形产生、精密测距等。

3. 微腔光频梳

这是近年来发展迅猛的新兴技术，基于超高Q值光学微腔中的克尔非线性效应。当连续光泵浦进入微环谐振腔时，通过四波混频等非线性过程产生一系列等间隔的频率分量，形成光梳。微腔光梳的梳齿间距由微腔的自由光谱范围决定，通常在几十GHz到THz量级，远高于传统锁模光梳。

优势：体积极小（芯片级）、重复频率高、功耗低、可大规模集成。局限：输出功率较低、梳齿相位噪声特性复杂、稳定性和可靠性有待进一步提升。

三、主流品牌光学频率梳技术详析

1.瑞士 K2 Photonics品牌-上海昊量光电代理

技术核心 - 共享腔体设计的双光梳架构技术

K2 Photonics的核心技术是一种基于共享腔体设计的双光梳架构。通过在同一谐振腔内同时产生两束重复频率略有差异的飞秒脉冲序列，实现了自由运行状态下极低的相对时序抖动（<10 fs）和优异的一致性。该技术摒弃了传统双光梳系统中需要两套独立激光器并主动锁相的复杂方案，利用共腔结构被动抑制共模噪声，从而在简化系统复杂度的同时获得超低相位噪声和强度噪声，为双光梳光谱、精密测距及泵浦探测等应用提供了高性能、高稳定性的光源基础。

K2 Photonics产品系列及性能优势

K2-1000系列

K2-1000是K2 Photonics的旗舰级双光梳平台，采用1 GHz高重复频率设计，单束输出功率大于2 W，脉冲宽度小于100 fs。GHz级的重复频率使其在双光梳光谱应用中能够实现更快的采集速率和更宽的非模糊范围，同时高功率输出为非线性频率转换提供了充足的驱动能量。该系统支持通过光参量振荡器、倍频和超连续谱产生等方式将波长扩展至可见光及中红外波段，满足多样化的实验需求。其自由运行状态下的相对时序抖动低于10 fs，无需复杂锁相即可获得高质量的双光梳干涉图，特别适用于时间分辨光谱、多物种气体传感、精密测距和太赫兹时域光谱等研究领域。

K2-1000-mini系列

K2-1000-mini是专为OEM集成和空间受限场景设计的紧凑型版本，外形尺寸仅为240×140×85 mm³，体积约为标准版的十分之一，却依然保持1 GHz重复频率和大于1.5 W的单束输出功率。该型号可选配双光梳功能，实现两束重复频率差可调（±100 kHz范围内）的脉冲输出，相对时序噪声同样低于10 fs。其脉宽标准为<200 fs，并可进一步选配<100 fs的短脉宽版本。散热方面支持被动冷却，在环境温度低于24°C时无需主动制冷即可稳定运行，进一步降低系统复杂度。控制接口采用数字逻辑引脚和模拟输入，便于集成到大型实验装置或工业设备中。该产品适用于对体积、功耗和集成灵活性有苛刻要求的应用场景，如双光子显微镜集成、放大器种子注入、时序分发系统以及便携式双光梳光谱仪的核心光源。

K2-ASOPS系列

K2-ASOPS定位于需要大延迟扫描范围的泵浦探测应用，其采用60 MHz的重复频率设计，单束脉冲能量超过25 nJ，远高于1 GHz版本，为非线性激发和材料相互作用研究提供了更强的瞬时峰值功率。其双光梳重复频率差可在-1000 Hz至+1000 Hz范围内精细调谐，对应实现高达16.6 ns的光学延迟扫描范围，覆盖了绝大多数超快动力学过程的时间窗口。该系统同样支持倍频（525 nm，>500 mW）和三倍频（350 nm，>80 mW）选项，并可集成超连续谱模块进一步扩展光谱覆盖。得益于共腔设计，自由运行下的相对时序抖动低于10 fs（积分区间100 Hz-100 kHz），无需主动稳定即可获得高质量的泵浦探测数据。该产品广泛应用于超快声光成像、薄膜热物性检测、非线性显微成像以及任何需要高时间分辨率和宽延迟扫描范围的时域光谱研究。

K2-OPO系列

K2-OPO是将K2-1000-mini泵浦激光与集成式光参量振荡器相结合的产品，专为需要特定波长的用户设计，可在1310 nm至4800 nm范围内工厂定制输出波长，覆盖近红外通讯波段、中红外分子指纹区等关键区域。根据不同波长，单束输出功率从70 mW（4100 nm）至400 mW（1550 nm）不等，足以满足非线性光谱和气体传感等高灵敏度测量需求。该产品可选配双光梳功能，两束输出重复频率差可在±100 kHz范围内调谐，相对时序噪声同样低于10 fs，实现双光梳光谱在中红外波段的拓展应用。OPO腔长可通过压电陶瓷精确控制，用于载波包络偏移频率的调节。该产品广泛应用于时间分辨光谱、多物种气体传感、反应动力学研究和非线性显微成像，尤其适合需要特定红外波长且对光源稳定性和互相关噪声有严格要求的科研工作。

K2 Photonics单腔双光学频率梳优劣总结

Menlo Systems的光学频率梳作为商用光梳领域的标杆产品，其优劣势特征较为鲜明。

优势方面：K2 Photonics的全系列产品基于独特的共腔双光梳设计，在自由运行状态下即可实现传统系统需要复杂锁相才能达到的超低相对时序抖动和相位噪声，大幅简化了系统复杂度和成本。同时产品覆盖1 GHz高重复率与60 MHz高脉冲能量两种架构，并可通过倍频、OPO、超连续谱等多种方式扩展波长，模块化选项丰富，能够适应从精密测距到中红外光谱的广泛科研需求。此外，其紧凑型产品（K2-1000-mini和K2-OPO）在保持高性能的同时实现了极小的体积和低功耗，为OEM集成和工业应用提供了可能。

劣势与局限性方面：作为高端科研仪器，其系统成本和选配模块价格较高，主要面向预算充足的研究机构和顶级实验室，但其价格在双光梳、泵浦探测方向也已远低于两台光梳系统总成本。

2.美国 Octave Photonics品牌—星朗浩宇独家代理

技术核心 - 商业化电光调制技术&纳米光子波导技术

Octave Photonics的GECO（GHz电光频率梳）系列采用基于电光调制的技术路线，通过将连续波激光注入由强度调制器和相位调制器组成的调制器链，产生高重复频率的脉冲序列。与传统的锁模激光器不同，电光梳的重复频率完全由射频驱动源决定，可在5 GHz至30 GHz范围内灵活选择，产生远高于锁模激光器通常所能达到的重复频率。

Octave Photonics产品系列及性能优势

GECO系列电光频率梳

GECO是定制型电光频率梳平台，重复频率覆盖5-30 GHz，典型中心波长为1540-1560 nm，输出功率约10 mW，脉宽0.8-1.5 ps。系统的光谱宽度可通过增加相位调制器数量进行扩展。单强度调制器加单相位调制器配置下可产生约40根梳齿（@10 GHz），增加至三个相位调制器后梳齿数量可扩展。该平台可内置连续波激光器和GHz射频源，也可接受外部输入，用户可根据线宽要求和调谐需求选择合适的配置，适用于光谱仪定标、光通信研究等对重复频率要求较高但无需绝对频率参考的应用场景。

COSMO偏频检测模块

虽然Octave Photonics并不提供商业化的锁模光频梳，但他们却可以提供COSMO载波包络偏移频率（fCEO）检测模块。该模块基于纳米光子波导实现f-2f自参考技术，将输入的飞秒脉冲在波导内产生倍频程超连续谱，并通过内部干涉直接输出fCEO信号。利用纳米光子波导的超高非线性，可将传统方案所需的脉冲能量（~1 nJ）降低5到10倍（仅需<200 pJ）。模块封装紧凑，为光频梳的构建提供了高度集成的核心组件。

Octave Photonics单腔双光学频率梳优劣总结

优势方面：Octave Photonics的核心竞争力在于其基于纳米光子波导技术的核心器件，实现了极低的功耗与极高的集成度，可轻松搭配其他厂商的激光器和锁定电子学，快速搭建高性能、低功耗的光学频率梳系统。在电光频率梳（GECO）领域，该公司可提供5-30 GHz超高重复频率的定制方案，满足了天文光谱仪校准、高速光通信等对高重频有特殊需求的应用。

劣势与局限性方面：Octave Photonics不提供完整的锁模光频梳整机，用户需要自行购买飞秒激光器（如Menhir Photonics）、COSMO模块、锁定电子学（如Vescent或Waxwing）以及必要的放大器等，然后进行系统集成和调试。这对用户的光学背景知识和工程能力提出了较高要求，无法实现“交钥匙”式的便捷操作。另外，其电光频率梳（GECO）虽然重频极高，但在低于2 GHz的应用场景中，成本和复杂度反而不如传统的锁模激光器方案有优势。

3.德国 Menlo Systems****品牌

技术核心 - figure 9®锁模技术

Menlo Systems成立于2001年，由诺贝尔物理学奖得主Theodor W. Hänsch教授及其团队创立，是全球光学频率梳技术的领军企业。其核心技术基于专利的“figure 9®”全保偏光纤锁模技术。

Figure 9®锁模技术是一种用于光纤激光器产生超短脉冲的专利技术，因其谐振腔形状类似数字“9”而得名。其核心在于利用一个名为“非线性放大环形镜”的光学结构来模拟“可饱和吸收体”的功能——低强度的连续光被抑制，而高强度的脉冲光则能低损耗通过。具体来说，进入环路的激光被分成两束方向相反的光，它们在光纤环中因非线性效应积累不同的相位变化，并在输出端发生干涉。通过巧妙的光路设计设计，这种干涉会导致连续波发生相消，而短脉冲则发生相长以顺利通过。激光每在腔内振荡一次，脉冲就会被这一机制塑造一次，最终形成稳定的飞秒级脉冲序列。这项技术的主要优势在于其极高的稳定性和环境适应性，抗震抗干扰能力强，能实现自启动，无需复杂调试。

Menlo Systems产品系列及性能优势

FC1500系列超低噪声光学频率梳

FC1500系列是Menlo Systems的旗舰级产品，代表了其性能的巅峰，专为要求极致的计量学和量子技术而设计。该系列的核心特点是“超低噪声”，例如FC1500-ULNnova型号，其频率稳定度在1秒内可优于5×10-18，积分相位噪声低于100mrad，线宽小于1Hz，这些顶级指标使其能将光学参考源的超高纯度频谱特性传递到每一个梳齿上。它基于专利的Figure 9®技术构建，采用全保偏光纤结构，确保了系统的长期稳定性和可靠性。该系统提供多个光纤耦合输出端口，中心波长在1560nm附近，并可通过多种扩展模块将光谱覆盖至可见光或近红外区域。FC1500系列主要应用于光钟比对、将连续波激光器的稳定度向全波段传递、以及基础物理研究等领域。

FC1000系列光学频率梳

FC1000是一款强调紧凑、高重复频率和易用性的“交钥匙”式光学频率梳。与FC1500不同，FC1000基于掺镱光纤振荡器设计，其标准工作波段覆盖520nm至1040nm的可见光到近红外区域，非常适合需要快速脉冲序列和高时间分辨率的应用。它的重复频率为250MHz，120秒积分时间内频率精度可达10-14量级。FC1000同样实现了全自动化和全光纤化设计，具备宽范围的偏频调谐能力，用户只需一键操作即可实现锁模和稳定，大大降低了使用难度。为了扩展其应用范围，Menlo Systems还为其提供了多种选配模块，例如可将其重复频率提升至GHz级别、或通过光纤放大器将1040nm波段的平均功率提升至10W以上，使其能满足从高精度光谱学到量子技术等多种实验场景的需求。

Mid-IR Comb中红外频率梳

Mid-IR Comb是Menlo Systems将精密测量能力拓展至分子“指纹”区域的关键产品。该产品线覆盖3至14微米的中红外波段，这是大多数分子拥有独特且强烈的特征吸收峰区域，因此能实现对物质化学成分的识别和分析。它基于成熟的Figure 9®飞秒光纤振荡器技术，结合差频产生（DFG）方案构建。由于DFG过程本身具有被动载波包络偏移频率（CEO）抵消的特点，系统可以直接输出无需主动稳定的无CEO频率梳，简化了系统复杂性的同时保证了高稳定性。根据客户需求，该系列可定制覆盖3-5µm、5-8µm或8-14µm等不同子波段，输出功率最高可达200mW，光谱带宽在50至300 cm-1之间。这款频率梳是高灵敏度中红外傅里叶变换光谱、纳米FTIR、双光梳光谱以及锁定中红外量子级联激光器等前沿应用的理想工具。

Menlo Systems光学频率梳优劣总结

Menlo Systems的光学频率梳作为商用光梳领域的标杆产品，其优劣势特征较为鲜明。

优势方面：最核心的是其基于专利Figure 9®锁模技术构建的超低噪声性能与极高的稳定性。全保偏光纤结构和非线性放大环形镜设计，消除了自由空间光路和易老化的可饱和吸收体部件，实现了抗震、抗干扰系统。其旗舰产品FC1500系列的梳齿线宽可小于1 Hz，频率稳定度优于5E-18@1s，长期稳定度可达10-20量级，处于行业领先水平。其次，Menlo提供了覆盖从可见光、近红外到中红外的全波段产品线，能满足从基础研究到天文、量子技术等不同应用场景的需求。

劣势与局限性方面：最主要的是其高昂的成本。作为高端科研仪器，其价格远高于普通激光器。在一些双光梳干涉的应用中，使用两套独立的光频梳系统更使得成本成倍增加，也大大增加了系统的复杂性。另外，在一些特定应用中，如天文光谱定标，将光梳耦合进多模光纤时会产生光纤噪声，需要额外的控制手段来抑制噪声以保证定标精度。

总体而言，Menlo Systems光频梳的核心优势在于其顶级的精度、稳定性和易用性，是精密测量领域的黄金标准；其劣势则主要体现在高昂的拥有成本和针对极端环境的特殊应用限制上。

4. 德国TOPTICA Photonics****品牌

技术类型 - DFC（Direct Frequency Comb）技术

TOPTICA Photonics的DFC（Direct Frequency Comb）技术是一种基于差频产生（DFG）的被动稳定型光学频率梳方案。其核心创新在于通过物理过程固有地将载波包络偏移频率（fCEO）归零，无需任何主动电子反馈控制。

该技术首先由一个全保偏光纤飞秒振荡器产生1560nm的脉冲序列，经放大后注入高非线性光纤以展宽光谱，形成超过一个倍频程的超连续谱。随后，从该超连续谱中同时取出高频和低频部分，并在非线性晶体中进行差频产生。由于这两束光源于同一脉冲，它们携带相同的随机相位噪声，在差频过程中fCEO被完全抵消，从而输出一个fCEO≡0的光学频率梳。这种被动稳定方案使得系统无需复杂的锁定电路，从根本上规避了电子噪声的引入，实现了极低的相位噪声和长期稳定可靠性。

TOPTICA Photonics产品系列及性能特点

DFC CORE系列光学频率梳

DFC CORE是TOPTICA Photonics基于专利CERO技术构建的基础型光学频率梳平台，其核心优势在于通过差频产生物理过程，被动且固有地将载波包络偏移频率稳定在零，无需任何主动电子反馈环路。系统由一个低噪声锁模振荡器、光纤放大器、非线性光纤、CERO单元及前置放大器构成，采用全保偏光纤设计，确保了卓越的长期稳定性和可靠性。DFC CORE标准配置提供四个波长为1560nm的光纤耦合输出端口，这些端口均源于同一光梳光源，因此重复频率完全一致。其重复频率标准为80 MHz，同时也可提供200 MHz版本以满足不同应用需求。每个端口的平均输出功率大于10 mW，且均具有fCEO≡0的固有特性。

DFC CORE+系列光学频率梳

DFC CORE+是在DFC CORE基础上发展而来的高性能版本。它在继承被动fCEO归零技术优势的同时，实现了更低的相位噪声和更高的稳定度指标。其集成相位噪声低于40 mrad（@100 Hz-2 MHz），当锁定至光学参考源时线宽小于1 Hz，1秒稳定度可达5×10⁻¹⁸，1000秒内可达5×10⁻²⁰，足以支持光钟等最前沿的精密测量应用。DFC CORE+基于掺铒光纤技术，采用19英寸机箱设计，提供4个或8个保偏光纤耦合的1560nm输出端口，所有端口重复频率一致，标准为80 MHz，200 MHz版本可选。

TOPTICA Photonics光学频率梳优劣总结

优势方面：TOPTICA的DFC系列基于CERO被动稳定技术，实现了fCEO固有为零且与frep完全解耦，无需复杂电子反馈环路即可获得超低相位噪声和高锁定带宽，较传统f-2f干涉仪方案减少了电子噪声引入并提升可靠性。其模块化设计允许用户从基础光梳平台出发，通过添加波长扩展模块、拍频探测单元和锁定电子学，灵活构建覆盖420nm至2200nm的完整频率参考系统，且可锁定TOPTICA自己的全系列可调谐二极管激光器。此外，全保偏光纤结构确保了系统的环境适应性和长期稳定运行，集成度高且操作简便。

劣势与局限性方面：作为高端科研仪器，其系统成本和选配模块价格较高，主要面向国家级计量院、顶级研究机构和量子技术实验室。基础波长局限于1560nm，若要覆盖其他波段必须购置额外的扩展模块，增加了系统复杂性和总体成本。虽然DFC CORE+性能顶尖，但其达到亚赫兹线宽和10⁻¹⁸量级稳定度需要配合外部超稳光学参考源，无法在自由运行状态下实现。最后，产品定位于精密计量和前沿科研，对于仅需普通飞秒激光光源的应用而言性能过剩，性价比优势不明显。

5. 瑞士 Menhir Photonics****品牌

技术核心 - 全光纤孤子锁模技术

Menhir Photonics的锁模激光器基于孤子锁模技术，采用全光纤、全密封一体化设计，将激光器与电子学集成于单一机箱内，实现一键启动的“交钥匙”操作。其核心优势在于GHz级的高重复频率——标准产品覆盖250 MHz、1 GHz和2.5 GHz，最高可达10 GHz，远高于传统锁模激光器。该系列激光器以超低相位噪声和极低的时序抖动著称，在自由运行状态下，250 MHz重频产品在10 GHz谐波上测量的积分时间抖动可低至500阿秒（as）。所有产品均采用光纤熔接工艺，内部无可调空间光路，具备极高的环境适应性和长期稳定性，可承受振动、冲击等严苛测试，适用于从实验室到太空应用的各种场景。

Menhir Photonics产品系列及性能优势

作为专注于激光器核心的厂商，Menhir不提供完整的频率梳整机解决方案，用户需要自行搭配fCEO检测模块和锁定电子学才能构建全稳定光频梳系统，对系统集成能力有一定要求。

MENHIR-1550系列****锁模激光器

MENHIR-1550系列是公司的旗舰产品，中心波长为1550 nm，提供250 MHz、1 GHz和2.5 GHz三种标准重复频率，并可在100 MHz至2.5 GHz范围内定制。该系列输出脉宽小于250 fs，平均功率从50 mW至2 W可选（配备放大器版本），光束质量M²<1.05，提供光纤或自由空间输出选项。其可选配快速重频调谐功能，调制带宽>50 kHz，适用于重复频率锁定或与其他装置同步。该系列特别适合光频梳构建、量子技术、射频信号发生、太赫兹产生和光学时钟分发等应用。

MENHIR-1030系列****锁模激光器

MENHIR-1030系列是补充产品线，中心波长为1030 nm，提供160 MHz和1 GHz两种重复频率版本，脉宽低于250-300 fs。该系列同样具备超低噪声特性和全密封一体化设计，输出光束质量M²<1.05，提供光纤或自由空间输出选项。其紧凑设计和稳定性使其特别适合放大器种子注入、非线性光学、太赫兹产生和双光子显微等应用场景。

Menhir Photonics单腔双光学频率梳优劣总结

优势方面：Menhir锁模激光器的核心优势在于极高的重复频率（最高可达2.5 GHz乃至10 GHz），这是构建大梳齿间隔光频梳的关键——梳齿越宽，单个梳齿功率越高、光谱仪分辨率要求越低、双光梳光谱分辨率越高。同时，其超低相位噪声（积分时间抖动低至500 as）和高环境适应性（全密封光纤结构、抗振动冲击）使其在精密测量、量子通信、射频天文学等领域具备明显优势。产品采用一体化设计，无需独立控制器，操作简便，且能够与Octave的COSMO模块和Waxwing的锁定电子学无缝集成，快速构建完整光频梳系统。

劣势与局限性方面：其输出功率在基础版中相对有限，如需更高功率需配置放大器版本，增加了系统成本和体积。此外，作为专注于激光器核心的厂商，Menhir不提供完整的频率梳整机解决方案，用户需要自行搭配fCEO检测模块和锁定电子学才能构建全稳定光频梳系统，对系统集成能力有一定要求。

免责声明，本文中各个光学频率梳品牌的性能分析，主要基于个品牌官网页面、数据单以及公开可获取的资料等渠道所获得的信息。因产品更新快，可能存在涵盖不全或性能描述滞后等情况。测试环境等因素也会影响实际性能。本文仅供参考，不构成购买建议。

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