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超短パルスレーザ用分散補償プリズムペア


  • Four Materials to Choose From
  • Designed for Use at Brewster's Angle
  • 700 to 900 nm Designed Spectral Range

AFS-CAF

Application Idea

AFS-FS Prisms
on a KM100B/M

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分散補償プリズムペア


頂角α と分離d を持つ超短パルスレーザ分散(ULD)プリズムペアは、異なる波長成分を空間的に分散して波長依存の位相変化を起こすためにお使いいただけます。詳細は「チュートリアル」タブをご覧ください。

Zemaxファイル
下の型番横の赤いアイコン(資料)をクリックすると、各製品のZemaxファイルをダウンロードいただけます。また、こちらからは当社の全てのZemaxファイルの一括ダウンロードが可能です。
Optic Cleaning Tutorial

特長

  • 設計スペクトル範囲: 700~900 nm
  • 頂角公差: ±15 arcmin
  • 非研磨面: 平面つや消し
  • 表面平面度: λ/4@ 633 nm
  • 分散補償用
  • 材料:フッ化カルシウム(CaF2 )、溶融石英、SF10またはN-SF14

これらの分散補償プリズムペアは、超短パルスレーザーシステムで生じるパルス広がりを、パワーを大幅に損失せずに補償するように設計されています。4種類の 高屈折率プリズム材質があるので、様々な群速度分散(GVD)数値が得られ、異なるパルス分散の条件で補償が実現できます。

用途
これらのプリズムペアは、様々な用途に使用されます。プリズムペアと共に、ナイフエッジを利用して短波長成分または長波長成分を減衰させることで、光学フィ ルタとして機能させることができます。プリズムペアをレーザ共振器内部に配置することで、波長チューニングにもお使いいただけます。これに対し、プリズム ペアは分散補償にもお使いいただけます。レーザ共振器内で光が光学素子を通過するたびに(通常「正常分散」と呼ばれる)正分散が生じます。このプリズムペ アも正分散を生じますが、この正分散は、長波長成分が2番目のプリズムを通過する際により長い距離を通過することから幾分かオフセットされます(右図参照)。適切なプリズムペアの配置を設定することにより、負分散(通常「異常分散」と呼ばれる)を生成し、共振器内の他の素子で生じる分散を補償することが 可能です。

超短パルス用光学素子の全ラインナップは「超短パルス用光学素子」タブをご参照ください。

Item #MaterialGVDa
(at 800 nm)
TODb
(at 800 nm)
αc
(Apex Angle)
H
(mm)
B
(mm)
ΘBdRefractive Index
(at 800 nm)
Scratch-
Dig
AFS-CAFCaF2e-5 fs2/cm-12 fs3/cm69.9°12.317.2~55.0°1.43040-20
AFS-FSFused Silica-16.5 fs2/cm-20 fs3/cm69.1°12.417.0~55.6°1.45320-10
AFS-SF10SF10e-97.5 fs2/cm-388 fs3/cm60.6°13.015.1~59.7°1.71120-10
AFS-SF14N-SF14-113.5 fs2/cm-473 fs3/cm59.6°13.014.9~60.2°1.74320-10
  • 典型的な群速度分散 (詳細については「グラフ」ならびにチュートリアル」タブをご覧ください。)
  • プリズムペアの3次分散 (詳細については「グラフ」ならびに「チュートリアル」タブをご覧ください。)
  • 頂角公差:±15 arcmin
  • ブリュースタ角
  • リンクをクリックすると基板ガラスの仕様がご覧になれます。

下のグラフは10 mm離れたプリズムペアの群速度分散ならびに3次分散の計算値です。詳細については「チュートリアル」タブをご覧ください。

Group Velocity Dispersion Graph
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生データは こちら からご覧いただけます。
Third-Order Dispersion Graph
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生データは こちら からご覧いただけます。

プリズムペアの分散の計算

超短パルスレーザでは周波数スペクトルが広帯域にわたるため、分散補償の必要性が増してきています。 超短パルスが分散性の材料を通過する際は、パルスは材料の屈折率の波長依存性によって必ず広がります。 パルスの形状と幅を維持するためには、負分散のシステムが必要となります。 分散の制御には、回折格子ペアやチャープミラーなど、さまざまな方法が存在しますが、プリズムペアを使用する方法は簡単でチューナブル、かつ低損失な分散 補償法になります。 プリズムペアの相対的な配置を調整することによって、分散は正の値から負の値に変化させることができます。

フーリエ解析を通して実証される通り、超短パルス(small Δt)は、本質的に広帯域の周波数スペクトル(large Δf)を有しています。 しかし、屈折率の波長依存特性によって、長波長のパルスは短波長のパルスよりも光学材料をより速く通過します。 そのため、フェムト秒パルスは、群速度分散(GVD)の結果としてパルス広がりの影響を受けます。 こうした効果は、このページでご紹介しているように、超短パルスレーザのパルス持続時間を短くするための負分散システムを生じさせるプリズムペアを使用することによって、逆転させることが可能です。

透過率を最大にしながら特定のGVD値を達成するためには、光は最初のプリズム面にブリュースタ角(ΘB) で入射する必要があります。 上図で示されているように、最初のプリズムはさまざまな波長成分を分離するために使用されます。 2つ目のプリズムは、反射した光線のさまざまな波長が互いに平行に伝播して出射するよう配置されます。 さらに、もう1つのプリズムペア(合計4つのプリズム)を加えることで、最後の光線はすべて入射光路と同一線上に伝播するようにできます[1]。 この特性は、既存の光学系に分散補償の機能を組み込む際に特に便利です。

ULDプリズムペアの頂角は、p偏光の光の反射率を最小にするために、入射角および出射角の両方がブリュースタ角(ΘB)に近づくよう選択されています。

周波数依存出射角Θf(ω)は以下の式によって求められます。

ここで、nはプリズムの材料の周波数依存屈折率、ΘBは最初のプリズム表面への入射角、αはプリズムの頂角を表しています。

プリズムペア内の累積位相φ(ω)は以下の式で求められます。

ここで、ωは周波数、dはプリズム間の距離、Θfは出射角(周波数に依存)、Θfshortは最短波長の出射角を表しています。

周波数に対する1次、2次、3次の累積位相の微分係数は、それぞれプリズムペアの群遅延(GD)、群速度分散(GVD)、3次分散(TOD)に比例します。

 
 

下のグラフは、距離(d)が10 mm、入射角が材料のブリュースタ角(ΘB、概算値は「仕様」タブを参照)と同じプリズムのGVDおよびTODの計算値を示しています。

Group Velocity Dispersion Graph
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生データは こちら からご覧いただけます。
Third-Order Dispersion Graph
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生データは こちら からご覧いただけます。

 

 
    [1] R. L. Fork, O. E. Martinez, and J. P. Gordon, "Negative dispersion using pairs of prisms," Opt. Lett. 9, 150-152 (1984).

フェムト秒パルスレーザ用ならびにピコ秒レーザ用光学素子を幅広くご用意しています。詳細は下表をご参照ください。

プリズムセレクションガイド

当社では、光を反射、反転、回転、分散、偏向、コリメートすることができる多くの種類のプリズムをご用意しています。下記のリストに無い材料で作られたプリズムについては、 当社にご相談ください。

ビームステアリング用プリズム

プリズム材質偏向反転

逆転または 回転

図解用途
直角プリズムN-BK7, UV溶融石英(UVFS), フッ化カルシウム(CaF2)セレン化亜鉛(ZnSe)90°90°No 1

90°リフレクタ、望遠鏡やペリスコープなどの光学システムに使用可能。

180°180°No 1

入射光角に無依存な180°リフレクタ。

非反転ミラー、双眼鏡における使用。

マウント無しレトロリフレクタ
および
マウント付きリトロフリフレクタ

N-BK7180°180°No Retroreflector

入射光角に無依存な180°リフレクタ。

ビームアライメントやビームデリバリで使用。向きの制御が難しい状況でミラーの代替品として使用可能。

マウント無しペンタプリズム
および
マウント付きペンタプリズム
N-BK790°NoNo 1

90°リフレクタ、ビームプロファイルの逆転や反転無。

アライメントや光調整に使用可能。

ルーフプリズムN-BK790°90°180o 回転 1

90°リフレクタ、像を反転し回転(像が左右上下反対になります)。

アライメントや光調整に使用可能。

マウント無しダブプリズム
および
マウント付きダブプリズム
N-BK7No180°2x プリズム 回転 1

ダブプリズムは、光の入射面によって像を反転、逆転または回転。

ビーム回転子の回転方向を決定。

180°180°No 1

非逆転ミラー。

光学系におけるレトロリフレクタや直角(180°偏向)プリズムの特性。

ウェッジプリズムN-BK72°~10°のモデルNoNo 1

ビームステアリング用途。

1つのウェッジプリズムを回転するとき、光線を偏向角の2倍の角度で円に沿って動かすことが可能。

NoNo Wedge Prism Pair

可変ビームステアリング用途。

両方のウェッジを回転した時、光線を、偏向角の4倍の角度で円弧状に動かすことが可能。

結合プリズムルチル(TiO2) またはGGG可変倍率可変aNoNo Coupling Prism

光をフィルムに向けて結合するために屈折率の高い基材を使用。

ルチルは nfilm > 1.8で使用

GGGは nfilm < 1.8で使用

  • 入射角と屈折率に依存。


分散プリズム

プリズム材質偏向反転逆転または  回転図解用途
等辺プリズムF2, N-SF11, フッ化カルシウム,
セレン化亜鉛(ZnSe)
可変aNoNo 

分散プリズムは回折格子を代替。

白色光を可視領域に分岐するために使用。

分散補償プリズムペアUV溶融石英, フッ化カルシウム(CaF2), SF10,N-SF14可変垂直オフセットNoNo Dispersion-Compensating Prism Pair

超短パルスレーザーシステムにおけるパルス拡がり効果を補償。

分散補償や波長調整用の光学フィルタとして使用。

ペロン・ブロカプリズムN-BK7,
UV溶融石英, フッ化カルシウム
90°90°No 1

光線の波長分離に使用。出力90°。

レーザ高調波の分離、群速度分散の補償に使用。

  • 入射角と屈折率に依存。

ビーム操作用プリズム

プリズム材質偏向反転逆転または  回転図解用途
アナモルフィックプリズムペアN-KZFS8,
N-SF11
可変垂直オフセットNoNo 1

単軸に沿った可変倍率。

楕円形ビームのコリメートに使用(例:半導体レーザ)。

入射ビームを単軸に縮小・拡大して、楕円形ビームを円形ビームに変換。

円錐(アキシコン)レンズUV溶融石英可変aNoNo 1

コリメート光源からベッセル型の強度プロファイルの円錐状の非発散ビームを生成。

  • プリズムの物理的角度に依存。

光状態変更用プリズム(偏光子)

プリズム材質偏向反転逆転または  回転図解用途
グランテーラ, グランレーザ, α-BBO グランレーザ 偏光子グランテーラ:
方解石

グランレーザ:
α-BBO, 方解石
p 偏光 - 0°

s 偏光 - 112°a
NoNo Glan-Taylor Polarizer

プリズムを2個使った構成の複屈折方解石を使用し、非常に消光比の高い直線偏光を生成。

プリズムの境目でs偏光が完全に内部反射されるのに対し、p偏光は透過。

ルチル偏光子ルチル(TiO2)s偏光 - 0°

p 偏光は筐体によって吸収
NoNo Rutile Polarizer Diagram

プリズムを2個使った構成の複屈折ルチル(TiO2)を使用し、 非常に消光比の高い直線偏光を生成。

2つのプリズム間のギャップにおけるp偏向は内部反射されるのに対し、s偏光は透過。

 

2重グランテーラ偏光子方解石p偏光 - 0°

s 偏光は筐体によって吸収
NoNo Glan-Taylor Polarizer

プリズムを3個使った構成の複屈折方解石を使用し、大きな見込み角で最大の偏光効率を得る

プリズムの境目でs偏光が完全に内部反射されるのに対し、p偏光は透過。

グラントムソン偏光子方解石p 偏光 - 0°

s 偏光は筐体によって吸収
NoNo Glan-Thompson Polarizer

プリズムを2個使った構成の複屈折方解石を使用し、高い消光比を維持しながら最大視野を実現。

プリズムの境目でs偏光が完全に内部反射されるのに対し、p偏光は透過。

ウォラストンプリズム、ウォラストン偏光子石英, フッ化マグネシウム, α-BBO, 方解石, YVO4対称形の
p 偏光及び
s 偏光の偏角
NoNo Wollaston Prism

プリズムを2個使った構成の複屈折方解石を使用し、ビーム移動偏光子で最大の偏角を実現。

s-偏光とp-偏光は、プリズムから対称形で偏位。ウォラストンプリズムは分光計や偏光アナライザで使用。

ロションプリズムフッ化マグネシウム ,
YVO4
常光: 0°

異常光: 偏角
NoNo

プリズムを2個使った構成で複屈折MgF2 またはYVO4が小さい偏角で高い消光比をもたらします。

異常光は入力光と同じ光軸を伝播しますが、常光は偏光しません。

ビーム移動プリズム方解石2.7 または 4.0 mm のビーム移動NoNo Beam Displacing Prism

プリズムを1個使った構成の複屈折方解石を使用し、入射ビームを垂直に偏光された2本の出射光に分岐。

s 偏光とp 偏光は 2.7または4.0 mmで分離。このビーム分離プリズムは、90o分割ができない場合に偏光ビームスプリッタとして使用。

フレネル・ロム リターダN-BK7

直線偏光から円偏光

垂直オフセット

NoNo Fresnel Rhomb Quarter Wave

λ/4フレネル・ロムリターダでは、直線偏光入力を円偏光出力に変換。

複屈折波長板と比較して、幅広い波長で均一なλ/4遅延特性。

直線偏光を 90°回転NoNo Fresnel Rhomb Half Wave

λ/2フレネル・ロムリターダでは、直線偏光入力を90o回転。

複屈折波長板と比較して、幅広い波長で均一なλ/2遅延特性。

  • s偏光には、p偏光反射が一部含まれています。

ビームスプリッタープリズム

プリズム材質偏向反転

逆転または 回転

IllustrationApplications
ビームスプリッターキューブN-BK7分岐比50:50、0°と 90°

sおよびp偏光が互いに10%以内
NoNo Non-polarizing Beamsplitter

プリズムを2個使った構成、誘電体コーテイング済。ほぼ偏光無依存で分岐比は50:50。

指定の波長範囲で非偏光ビームスプリッタとして機能。

偏光ビームスプリッターキューブN-BK7, UV溶融石英, N-SF1p 偏光 - 0°

s 偏光 - 90°
NoNo Polarizing Beamsplitter Cube

プリズムを2個使った構成において誘電体コーテイング済で、p偏光を透過し、s偏光を反射。

高度に偏光する際には、透過光を利用。


Posted Comments:
lokirune  (posted 2018-08-26 23:48:22.507)
Hi. I bought this, but the size is smaller than I expected ( even I looked at the spec before I bought), so I couldn't put this in my system. Do you have other options with bigger size and coating for a lower wavelength(300nm)? If not, is it OK to buy just 2 right angle prisms? Thanks.
YLohia  (posted 2018-08-27 05:59:43.0)
Hello, thank you for contacting Thorlabs. We do have the ability to offer custom prism pairs, depending on your specific requirements and order quantity. Custom item orders should be placed through techsupport@thorlabs.com. We will reach out to you directly to discuss your requirements. Though an equilateral prism would likely work better, a right angle prism would work as well as long as you are prepared to solve the equations shown on the Tutorial tab of this page.
lokirune  (posted 2018-05-22 22:54:09.68)
about the AFS-CAF, is it OK to use with high power pulsed laser ? ( for example, 5ns 20W 532nm) Thanks.
YLohia  (posted 2018-05-23 08:59:13.0)
Hello, thank you for contacting Thorlabs. Unfortunately, we do not currently have test data for our uncoated CaF2 substrates since we do not manufacture the raw material itself. The actual damage threshold is also dependent on factors such as beam diameter and repetition rate of the laser (is 20 W the peak power or the average power?). That being said, CaF2 is general considered to be a "high damage threshold" material and is used in high power pulsed applications so it is likely for this to work for you, though we cannot provide any guarantees due to the lack of data.
user  (posted 2017-05-30 16:01:15.873)
Will these prisms work at longer wavelengths - e.g. in the range 2-3 micrometers? Do you offer any AR coated options please?
tfrisch  (posted 2017-06-22 09:09:11.0)
Hello, thank you for contacting Thorlabs. We can offer these with other coatings, but at longer wavelengths, the distance between the prisms will need to be increased to compensate for the lower dispersion of the substrate. Please contact TechSupport@Thorlabs.com to discuss the requirements of your custom application.
ethewalt  (posted 2015-11-05 13:20:59.727)
The GVD graph on the dispersion-compensating prism pair page needs to be fixed. The labels for fused silica and calcium fluoride are interchanged, and the horizontal gridlines don't correspond to the GVD axis labels.
besembeson  (posted 2015-11-05 01:48:40.0)
Response from Bweh at Thorlabs USA: Thanks for bringing this to our attention. We are going to fix the graphs on the website.
user  (posted 2015-08-25 22:07:19.71)
There is a typo in the formula for theta_f in the tutorial. There is an "arcsin" and an "asin". Choose one :)
myanakas  (posted 2015-08-28 03:48:27.0)
Response from Mike at Thorlabs. Thank you for your feedback. This typo has been corrected and we apologize for any inconvenience this may have caused.
tianzhushang  (posted 2013-08-22 14:50:37.537)
I've bought the AFS-SF14,How could I set the length between the two prisms and Can you e-mail me the data with the method to calculate it?
jlow  (posted 2013-09-17 17:06:00.0)
Response from Jeremy at Thorlabs: We have a sample calculations PDF linked in the "Specs" tab on our website. Our web team is looking to re-post a revised, updated version which should be clearer. We will contact your directly to discuss about this in more detail.
357510589  (posted 2012-10-16 09:50:54.14)
您好,刚看了贵公司的色散补偿棱镜,在这里有两张图,分别为二阶、三阶色散因子图,请问这个图是指单纯的材料色散吗?(即仅与材料组成有关,与棱镜外形及空间位置无关),另外,在使用此棱镜对,进行色散补偿时,根据你们的教程,没看太明白,能否提供更详细的教程不?期待着您好回复,谢谢!
bdada  (posted 2011-10-07 18:19:00.0)
Response from Buki at Thorlabs: Thank you for your feedback. We will be happy to provide you with this data or the appropriate method to calculate it. We need the part number of the prism pair you are using and the configuration of the prisms. We also have MathCad files for some of our dispersion prisms that we have emailed to you. Please contact TechSupport@thorlabs.com if you have further questions.
avle  (posted 2011-09-26 23:55:36.0)
Hi there, I was wondering how we would calculate the negative dispersion parameter for a given prism set, with known optical properties and geometric configuration of the prism pair? The dispersion parameter in units of ps/nm Thanks!
jjurado  (posted 2011-06-24 18:27:00.0)
Response from Javier at Thorlabs to lionel.tombez: Thank you very much for contacting us. The AFS-SF10 dispersion compensation prism pairs will certainly transmit well at 1.1um. The prisms are cut at the same angle as Newport's prisms, so the performance will be identical.
lionel.tombez  (posted 2011-06-23 09:08:08.0)
Can one use these prisms (SF10) to compress 1.1 um pulses ? I dont get the difference with Newport prism compressor product, which is of the same material (SF10) but specified up to 2.3um. Thanks Customer Email: lionel.tombez@unine.ch This customer would like to be contacted.
Greg  (posted 2011-01-11 10:23:19.0)
A response from Greg at Thorlabs to william.t.lotshaw: Thank you for pointing out this error. The graphs were incorrect and have been fixed.
william.t.lotshaw  (posted 2011-01-10 11:22:58.0)
The GVD and TOD curves for fused silica and CaF2 appear to be reversed in the graphs tab if the values you list in the overview for the Brewster dispersion compensation prisms is correct
Javier  (posted 2010-06-17 10:39:21.0)
Response from Javier at Thorlabs to jessew: our specifications list the total TOD for the prism compressor. We derived the GVD and TOD values based on accumulated phase of the prism compressor. I can send you a document which outlines the derivation for these values.
jessew  (posted 2010-06-16 23:08:50.0)
Im unclear on how the numbers for TOD were derived for the prism pairs. Is the material TOD listed, or total TOD for a compressor constructed out of the prism pair? For example, using the standard definition of material TOD as the third derivative of wave number k with respect to angular frequency omega, TOD for SF10 should be 0.10 fs^3/rad per micrometer of material propagation. Thanks, -Jesse Wilson
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AFS-CAF Support Documentation
AFS-CAFCaF2 Ultrafast Laser Dispersion-Compensating Prism Pair
¥54,904
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AFS-FS Support Documentation
AFS-FSFused Silica Ultrafast Laser Dispersion-Compensating Prism Pair
¥40,291
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AFS-SF10 Support Documentation
AFS-SF10SF10 Ultrafast Laser Dispersion-Compensating Prism Pair
¥36,603
Today
AFS-SF14 Support Documentation
AFS-SF14N-SF14 Ultrafast Laser Dispersion-Compensating Prism Pair
¥36,603
Today
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