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フェムト秒光パラメトリック増幅器(OPA)


  • Wavelength Ranges: 1275 - 1800 nm (Signal); 2.4 - 4.4 µm (Idler)
  • Ultrafast <50 fs Pulses with Low Pulse Pedestal
  • Ruggedized Single Optical Head with Integrated Pump Laser

Y-Fi™ OPA
Optical Parametric Amplifier with Included Y-Fi™ HP Ytterbium Fiber Laser

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2018 Category of Lasers
Key Specifications
Output BeamSignalIdler
Wavelength Range1275 - 1800 nm2.4 - 4.4 µm
Pulse Energy (@ 1 MHz)a> 0.4 μJ> 0.1 μJ
Output Power (Average @ 4 MHz)a> 1.5 W > 0.25 W
Repetitation Rate (Tunable)1 - 4 MHz
Support DocumentsY-Fi HP Support Documentation
  • これらの仕様値はチューニング曲線のピークにおける値です。

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Y-Fi光パラメトリック増幅器(OPA)では、非線形結晶内で生成されたコヒーレントな白色シード光を増幅し、波長1275~1700 nmの信号光が得られます。光パラメトリック増幅の過程でシード光は増幅され、同時に2.4~ 4.4 µmの範囲でチューナブルなアイドラー光パルスが生成されます。

特長 

  • 繰り返し周波数に対する依存性が平坦なパルスエネルギ(「仕様」タブ参照)
  • 1~4 MHzでチューナブルな繰り返し周波数
  • 80 fsの短い信号パルス幅
  • 高出力、高パルスエネルギ(右表をご覧ください)
  • ショット毎のパルスエネルギの偏差(典型的値):< 1.5%
  • Y-Fi™イッテルビウムファイバーレーザを内蔵することで安定性を向上
  • Y-Fi™ HPファイバーレーザの性能をフル活用するためにバイパスポートを設置
  • 信号モニタ用のマルチモードSMA出力ポート
  • ソフトウェアによる制御でハンズフリー操作が可能(ノート型PCとソフトウェアが付属)
  • コンパクトな設置面積

用途例

  • 蛍光タンパク質(例:GFP、GCaMP、RFP)の3光子顕微鏡法
    • 1330 nmおよび1680 nmの励起波長における典型的なパルスエネルギとパワーについては「仕様」タブでご覧いただけます。
  • レッドシフトの大きな新しい蛍光タグの2光子顕微鏡法 
  • 近赤外および中赤外域のスーパーコンティニウム光発生
  • ポンププローブ分光法 
  • 中赤外域でのチップ増強ナノスケール顕微鏡法(ナノ分光法)

Y-Fi™イッテルビウムファイバーレーザ を内蔵した当社のY-Fi™フェムト秒光パラメトリック増幅器(OPA)は、単一周波数の光(1035 nm)を白色光と光パラメトリック増幅を利用して近赤外および中赤外の波長可変光源に変換します。Y-Fi OPAは、バルク媒質内でY-Fi™ HPファイバーレーザーパルスによって生成された白色コンティニウム光をコヒーレントなシード光とし(右図参照)、変換効率>15%で1275~1800 nmの信号光と2.4~4.4 µmのアイドラー光を出力します。このY-Fi™ OPAは0.4 µJ以上のパルスエネルギを有し、また繰り返し周波数も1~4 MHzの範囲でチューナブルなため、3光子顕微鏡による深いイメージング深度、高いSN比、最小限の光毒性などが要求されるライフサイエンスの用途に適しています。仕様の詳細については「仕様」タブをご覧ください。

Y-Fi OPAは頑丈かつコンパクトな単体として設計されています。Y-Fi HP励起レーザとOPAを縦に積み重ねることでテーブル上のビーム経路が不要になり、環境の変化に対してより敏感でない光学系になっています。Y-Fi HPファイバーレーザは垂直に積み重ねたシステムのベースユニットとして機能するため、464 mm x 304 mmのコンパクトな設置面積が保たれ、光学テーブル上に貴重な作業スペースが確保できます。

Y-Fi OPAの前面パネルには信号光、減衰された励起光、およびアイドラー光の各出力ポートと、信号モニタ用の分光計に接続可能なマルチモードSMAコネクタが付いています(「仕様」タブ内の図参照)。各出力のビームの高さは127 mmです。 垂直に積み重ねた構造のため、Y-Fi OPAはバイパスポートを介してY-Fi HP励起光をフル活用することもできます。仕様の詳細についてはY-Fi超短パルスイッテルビウムファイバーレーザの製品ページをご覧ください。

ハンズフリー操作や長期の信頼性を実現するために、Y-Fi OPAは波長、繰り返し周波数、時間オーバーラップオフセット、パルス圧縮オフセットなどを制御するユーザーフレンドリなGUIを備えております。付属のソフトウェアでは、Y-Fi OPAとY-Fi HPの操作モードを簡単に切り替えられます。なお、Y-Fi HPモードの時は、信号光、アイドラー光、減衰された励起光は出力されません 

3光子顕微鏡法への活用
Y-Fi OPAは、高いピークパワー、チューナブルな繰り返し周波数、広い可変波長幅といった特性を利用して、深いイメージング深度を達成するために効率的な蛍光励起を必要とする3光子顕微鏡用に最適化されています。チューナブルな近赤外および中赤外の波長域は、蛍光タンパク質のGFP(励起波長1300 nm)とRFP(励起波長1700 nm)の励起に適しています。繰り返し周波数がチューナブルなため、様々なプロセスやイベントの時間スケールに合わせてイメージングフレームレートを柔軟に調整できるほか、熱による試料の劣化を軽減するために入射光パワーの平均値を制御することも可能です。 

この度当社では、超短パルスイッテルビウムファイバーレーザのY-Fi™製品ラインナップをKMLabs社より譲渡されました。現在、海外での販売に必要なコンプライアンスの最終調整を行っております。このページに掲載されている情報およびデーターシートの内容は現時点での仕様です。最新の仕様を含む詳細については、当社内部の生産ラインが完成した後に改めてお知らせいたします。それまでの間、 Y-Fi™に関する詳細は当社までお問い合わせください。

Laser Specifications
Output BeamSignalIdlerPump
Output Wavelength1275 - 1800 nm2.4 - 4.4 μm1035 nm
Repetition Rate (Tunable)1 - 4 MHz1 - 10 MHz
Output Power (Average)a> 1.5 W @ 4 MHz> 0.25 W @ 4 MHz> 20 W @ 10 MHz
Pulse Energya> 0.4 μJ @ 1 MHz> 0.1 μJ @ 1 MHz> 3 μJ at 1MHz
Beam QualityM< 1.4-M2 < 1.2
PolarizationS-Polarized (Vertical); Linear
Power Stability @ 1330 nm< 2% RMS over 12 hrs--
Support Documentation
DatasheetY-Fi HP Support Documentation
  • これらの仕様値はチューニング曲線のピークにおける値です。

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Y-Fi™OPAには4つの出力ポートがあり、それぞれY-Fi™ HP励起光、信号光、減衰された励起光、アイドラー光用です。信号のモニタ用にマルチモードSMAコネクタも付いています。


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Y-Fi OPAのパルスエネルギおよび平均パワーの繰返し周波数依存性(1330 nmで測定) 

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Y-Fi OPAのパルスエネルギおよび平均パワーの繰返し周波数依存性(1680 nmで測定)

この度当社では、超短パルスイッテルビウムファイバーレーザのY-Fi™製品ラインナップをKMLabs社より譲渡されました。現在、海外での販売に必要なコンプライアンスの最終調整を行っております。このページに掲載されている情報およびデーターシートの内容は現時点での仕様です。最新の仕様を含む詳細については、当社内部の生産ラインが完成した後に改めてお知らせいたします。それまでの間、Y-Fi™に関する詳細は当社までお問い合わせください。

パルスレーザ:パワーとエネルギーの計算

パルスレーザからの放射光が、使用するデバイスや用途に適合するかどうかを判断する上で、レーザの製造元から提供されていないパラメータを参照しなければならない場合があります。このような場合、一般には入手可能な情報から必要なパラメータを算出することが可能です。次のような場合を含めて、必要な結果を得るには、ピークパルスパワー、平均パワー、パルスエネルギ、その他の関連するパラメータを必要とすることがあります。

  • 生物試料を損傷させないように保護する
  • フォトディテクタなどのセンサにダメージを与えることなくパルスレーザ光を測定する
  • 物質内で蛍光や非線形効果を得るために励起を行う

パルスレーザ光のパラメータは下の図1および表に示します。参照用として、計算式の一覧を以下に示します。資料を ダウンロードしていただくと、これらの計算式のほかに、パルスレーザ光の概要、異なるパラメータ間の関係性、および計算式の適用例がご覧いただけます。

 

計算式

周期と繰り返し周波数は逆数の関係:   and 
平均パワーから算出するパルスエネルギ:      
パルスエネルギーから算出する平均パワー:       
パルスエネルギーから概算するピークパルスパワー:           

平均パワーから算出するピークパワー、ピークパワーから算出する平均パワー :
 and
平均パワーおよびデューティーサイクルから算出するピークパワー*:
*デューティーサイクル() はレーザのパルス光が放射されている時間の割合です。
Pulsed Laser Emission Parameters
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図1: パルスレーザ光の特性を記述するためのパラメータを、上のグラフと下の表に示します。パルスエネルギ (E)は、パルス曲線の下側の黄色の領域の面積に対応します。このパルスエネルギは斜線で表された領域の面積とも一致します。

パラメータシンボル単位説明
パルスエネルギEジュール[J]レーザの1周期中に放射される1パルスの全放射エネルギ。
パルスエネルギはグラフの黄色の領域の面積に等しく、
これは斜線部分の面積とも一致します。
周期Δt 秒 [s] 1つのパルスの開始から次のパルスの開始までの時間
平均パワーPavgワット[W]パルスとして放射されたエネルギが、1周期にわたって
均一に広がっていたと仮定したときの、
光パワーの大きさ(光パワー軸上の高さ)
瞬時パワーPワット[W]特定の時点における光パワー
ピークパワーPpeakワット [W]レーザから出力される最大の瞬時パワー
パルス幅秒 [s]パルスの開始から終了までの時間。一般的にはパルス形状の
半値全幅(FWHM)を基準にしています。
パルス持続時間とも呼ばれます。
繰り返し周波数 frepヘルツ [Hz]パルス光が放射される頻度を周波数で表示した量。
周期とは逆数の関係です。

計算例

下記のパルスレーザ光を測定するのに、最大入力ピークパワーが75 mW 
のディテクタを使用するのは安全かどうかを計算してみます。

  • 平均パワー: 1 mW
  • 繰り返し周波数: 85 MHz
  • パルス幅: 10 fs

1パルスあたりのエネルギは、

と低いようですが、ピークパワーは、

となります。このピークパワーはディテクタの
最大入力ピークパワーよりも5桁ほど大きく、
従って、上記のパルスレーザ光を測定するのに
このディテクタを使用するのは安全ではありません


Posted Comments:
christopher bennett  (posted 2020-06-01 16:46:55.87)
also, what is the bandwidth? Can I get a quotation please?
YLohia  (posted 2020-07-14 02:03:56.0)
Thank you for contacting Thorlabs. We had reached out to you at the time of your original posting. For future requests, please use this contact form: https://www.thorlabs.com/yfifeedback.cfm
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