K2-1000-mini｜1 GHz 超低ノイズ 高出力 フェムト秒レーザー／光周波数コム光源

K2-1000-miniは、超低RIN（相対強度雑音）と低タイミングノイズを特徴とするコンパクトな1GHz繰り返し周波数のフェムト秒レーザー／光周波数コム光源です。一番の特徴は超低RIN（相対強度雑音）と低タイミングノイズです。これにより高速・高感度な光計測、光周波数コム、デュアルコム分光、精密測距、ガスセンシング、時間分解分光、非線形光学など、従来のフェムト秒レーザーでは性能を引き出しにくかった高速計測・高感度計測に適しています。
また、単一キャビティから2つの光周波数コムを生成するDual-combモデルにも対応。デュアルコム分光やデュアルコムLiDAR、THz時間領域分光（THz-TDS）などのシステムを、よりシンプルな構成で実現できます。

1 GHz × 1.5 W以上　高速計測と高いコムラインパワーを両立

1 GHzの高繰返し周波数により、毎秒10億パルスの高速な光サンプリングが可能です。
また、1.5 W以上の平均出力を備えており、高繰返しフェムト秒レーザーでありながら、非線形光学、スーパーコンティニューム発生、波長変換、OPO励起などの用途にも適した高い光パワーを実現しています。

超低RIN・低タイミングノイズによる高感度計測

K2-1000-miniは、単に1 GHzで動作するフェムト秒レーザー／オシレータではありません。超低相対強度雑音（RIN）と低タイミングノイズにより、高速フォトディテクション、RF信号生成、デュアルコム分光、ポンプ・プローブ測定など、レーザーの強度揺らぎやタイミング揺らぎが測定感度を制限する用途向けのレーザー光源として適しています。

• RIN：<−160 dBc/Hz（>1 MHz）
• タイミングジッターPSD：<0.01 fs²/Hz（>1 kHz）

ショットノイズリミットを目指す高感度光計測にも適した光源となります。

Single-cavity Dual-combモデルに対応

K2-1000-miniでは、オプションで単一キャビティから2つの光周波数コムを生成するDual-combモデルを選択できます。2つのコムの繰返し周波数にわずかな差を設けることで、光領域のスペクトル情報をRF領域へ変換し、フォトディテクターで高速に取得できます。機械的な光路走査を必要としないため、高速フーリエ変換分光（FTS）、デュアルコム分光、ガス分析、プロセスモニタリングなど、高速なスペクトル取得が求められる用途に適しています。K2 Photonicsは、単一キャビティ・デュアルコムを用いた高速ガス分析や高分解能分光の実証を行っており、1 GHzの高繰返し周波数を活かした高速・広帯域な分光が可能です。

OEM組込みにも対応

K2-1000-miniは、コンパクトなオールインワン構造を採用したターンキー型フェムト秒レーザーで、OEM装置への組込みにも適しています。ファイバー結合、低消費電力仕様、スーパーコンティニューム、OPOなどのオプションにより、研究用装置から産業用計測システムまで、用途に合わせたシステム構成が可能です。

アプリケーション

デュアルコム分光・高速分光

Dual-comb spectroscopy（DCS）は、2つの光周波数コムを用いて、光スペクトルをRF領域に変換して高速に取得する分光技術です。K2-1000-miniは、1 GHzの高繰返し、低RIN、低タイミングノイズを活かし、以下の用途になどに利用できます。

• 高速吸収分光
• 高分解能分光
• 多成分ガス分析
• ガス濃度モニタリング
• プロセス分析
• 大気・環境計測
• 赤外分光
• 可視分光
• 非接触・非破壊分析

K2-1000を用いたデュアルコム分光の実証例：NIR/VIS Dual-Comb Spectroscopy Comparing High and Low Repetition Rate Regimes

ガスセンシング・ガス分析

光周波数コムを利用することで、複数の吸収線を同時に取得し、複数ガス種の濃度を高速に測定できます。
対象例：

• CH₄（メタン）
• CO₂（二酸化炭素）
• C₂H₂（アセチレン）
• H₂O（水蒸気）
• 各種炭化水素
• 燃焼ガス
• 大気中微量ガス

特に、高速ガスセンシング、リアルタイムガスモニタリング、オペランド分光システムなど、測定速度と感度の両方が求められる用途に適しています。

ポンプ・プローブ／時間分解分光

1 GHzの高繰返しと低タイミングノイズを活かし、以下の超高速現象計測に利用できます。

• ポンプ・プローブ分光
• 時間分解分光
• 過渡吸収測定
• 超高速分光
• ピコ秒超音波
• THz時間領域分光（THz-TDS）

精密測距・LiDAR

光周波数コムを利用した高精度距離測定、デュアルコムLiDAR、3D計測にも利用できます。

• 精密距離測定
• 高速3D計測
• LiDAR
• 表面形状測定
• 動体計測

K2 Photonicsの研究では、1 GHzデュアルコムを利用した長距離・デッドゾーンフリーの精密測距も報告されています：Long-Range and Dead-Zone-Free Dual-Comb Ranging for the Interferometric Tracking of Moving Targets

非線形光学・スーパーコンティニューム

1.5 W以上の平均出力と超短パルスを利用し、以下のようなアプリケーションでな励起光源として使用できます。

• スーパーコンティニューム発生
• 高調波発生
• OPO励起
• 非線形波長変換
• 広帯域光源生成
• 非線形分光

特に高繰返しフェムト秒レーザーは、スーパーコンティニューム発生やOPOによる波長変換と組み合わせることで、高繰返し・広帯域な光周波数コム光源へ発展させることができます。
Ultra-low noise spectral broadening of two combs in a single ANDi fiber Camenzind et al., APL Photonics 10, 036119 (2025)
なお、K2 Photonicsでは、K2-1000-miniをベースとしたOPOによる1310～4800 nmの波長変換にも対応しています。

2光子顕微鏡・非線形顕微鏡

超短パルスによる高いピークパワーを利用して、以下にも利用できます。

• 2光子励起蛍光顕微鏡
• 非線形顕微鏡
• 多光子顕微鏡
• 生体イメージング

K2-1000-miniは、従来の低繰返しフェムト秒レーザーとは異なり、1 GHzの高繰返しによる高い平均光子フラックスを活かした高速イメージングにも適しています。

光周波数コム・光原子時計・高精度周波数計測

K2-1000-miniの1 GHz光周波数コムは、単なる超短パルス光源としてだけでなく、光周波数計測・周波数基準・光原子時計などの高精度計測にも応用できます。特に約1.06 µm帯の基本波は、第二高調波発生（SHG）によって可視光へ変換でき、ヨウ素分子の吸収線を利用した周波数基準など、光周波数のリファレンス／キャリブレーションへの展開が可能です。また、低RIN・低タイミングノイズは、光周波数コムを利用した高安定な周波数・タイミング同期にも有効です。1 GHzの光パルス列を高速フォトディテクターで電気信号へ変換することで、低ノイズ1 GHz RF信号、光－マイクロ波変換、タイミング同期などにも利用できます。

• 光－RF変換
• 低ノイズマイクロ波生成
• ADCクロック
• 高速サンプリング
• タイミング同期
• 光タイミング分配
• 高精度周波数計測