中赤外域スーパーコンティ二ウム光源


  • 1.3 - 4.5 μm Wavelength Coverage (7700 - 2200 cm-1)
  • >300 mW Average Output Power
  • Single-Mode, Collimated Output Beam
  • Low Noise: 0.025% (Typical)

SC4500

Mid-IR Supercontinuum Laser

Numerical simulation of the non-linear processes used to generate the output of the SC4500 by propagation of a 2.1 µm, 100 fs, 10 nJ pulse through a dispersion-engineered InF3 fiber.

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典型的なパワースペクトル密度の波長特性。こちらはサンプルスペクトルで、ユニット毎に若干のバラツキがあります。2.7 μm付近にみられる細かい構造は、測定セットアップの光路中での水分やCO2による吸収に起因します。4.2 μmでの急激な減少もCO2による吸収が原因です。スペクトルはレーザ共振器のパージは行わずに取得されました。
Key Specifications
Wavelength Range1.3 - 4.5 μm (7700 - 2200 cm-1)
Output Power300 mW (Minimum)
Mid-IR Output Power110 mW (Minimum; 2.2 - 4.2 μm)
Output Power
Stability
±1% (Room Temperature ±1 °C)
Intensity Noise0.025% (Typical; RMS; 10 Hz - 1 MHz)
Repetition Rate50 MHz (Typical)
Beam OutputCollimated; Single Spatial Mode
Dimensions17.92" x 15.89" x 5.84"
(455.2 mm x 403.5 mm x 148.2 mm)
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特長

  • 波長範囲にわたって、300 mWの出力パワー
  • 2.2~4.2 µmにおける出力パワーは > 110 mW
  • 強度ノイズは0.025%で、高感度な測定が可能
  • フェムト秒で励起することでショットごとのノイズを最小限に抑制
  • 全ファイバ構成により調整不要で高信頼性
  • 高輝度のためリモートならびにスタンドオフ検出が可能
  • 標準的なFTIR分光計に対応
  • 振動に敏感な用途向けに水冷式もご用意しております(当社までお問い合わせください)。
  • SPIE PRISM Awards 2017 (Scientific Lasers部門)受賞

応用

  • 環境センシング
  • 化学的ならびに生物学的脅威のスタンドオフ検出
  • 高感度吸収分光
  • 赤外顕微鏡分光
  • 超高速分光
  • 光周波数コムによる分光
  • 中赤外域におけるフェムト秒パルスの生成
  • 光コヒーレンストモグラフィ(「OCTへの用途」タブ参照)

中赤外域(MIR)用スーパーコンティ二ウム光源は、世界で初めて商品化されたフェムト秒レーザ励起光源です。 この光源は、約1.3 μm~4.5 μm(7700 cm-1~2200 cm-1)の波長範囲で、300 mW以上の平均パワーを有するコリメートビームを出力します。多くのガス吸収線などが含まれる2.2~4.2 µm(4500 cm-1 ~ 2400 cm-1)の波長範囲内の出力パワーは110 mW以上です。スーパーコンティニウム光源を駆動するフェムト秒パルスレーザの繰り返し周波数は50 MHzで固定です。この光源の輝度は従来のグローバーランプを超え、シンクロトロン光源と比べても一段と高くなっています。

このレーザ共振器は、レーザーヘッドの背面パネルにあるガスインレットからパージすることができます。このインレットからガスを供給すると、共振器内のレーザの光路にガスが流れ、環境中の物質による不要な吸収線を低減させます。ガスを供給する際は圧力をかけないようにしてください。SC4500の出力ポートにはKF16の真空対応フランジが付いているので、パージ可能な他の機器やデバイスをこの出力ポートに接続してパージすることが可能です。

このスーパーコンティ二ウム光は、分散制御されたフッ化インジウム(InF3)ファイバを高出力フェムト秒ファイバーレーザで励起することによって発生します。ピコ秒~ナノ秒によって励起されたスーパーコンティニウム光源とは異なり、フェムト秒で励起された光源のスペクトルはパルスごとの安定性が優れています。その結果、当社のスーパーコンティニウム光源の出力ノイズは0.025%(RMS: 10 Hz~1 MHz)で、これは高感度検出が必要な用途に有効です。

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高い輝度と低い出力ノイズによりSC4500は中赤外域におけるセンシングや分光用に適した光源です。応用範囲は、屋外での温室効果ガスの環境センシングからスタンドオフ検出まで、さらに実験室内での標準的なFTIR分光計を用いた分光学的研究にまで広がっています。またこの光源はショットごとのスペクトルが安定しているため、バンドパスフィルタで出力をフィルタリングすることにより、中赤外域でのフェムト秒パルス光源として使用することも可能です。フッ化物-石英ファイバ間の融着接続に独自の技術を用いた全ファイバ構成のため、堅牢で信頼性が高く、調整も不要です。

当社ではガス吸収分光法の用途向けに組立て済みヘリオットセルもご用意しております。

当社の中赤外域スーパーコンティ二ウム光源の詳細については「Publications」(関連出版物)のタブをご覧ください。「OCTへの応用」タブでは、この光源の光コヒーレンストモグラフィ分野での新しい応用についてご覧いただけます。


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典型的なパワースペクトル密度の波長特性。こちらはサンプルスペクトルで、ユニット毎に若干のバラツキがあります。2.7 μm付近にみられる細かい構造は、測定セットアップの光路中での水分やCO2による吸収に起因します。4.2 μmでの急激な減少もCO2による吸収が原因です。スペクトルはレーザ共振器のパージは行わずに取得されました。

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500 nm帯域幅のバンドパスフィルタを用い、SC光源の中心波長(約2300 nm)で測定されたビームプロファイルの測定例。画像はガウシアンフィットした結果であり、これから1/e2ビーム径はØ 5.5 mm、真円度は97%が得られています。
Item #SC4500
ParametersMinTypicalMax
Emission Center Wavelength1.3 - 4.5 µm (7700 - 2200 cm-1)
Output Power (Full Emission Band)300 mW-500 mW
MIR Output Power (2.2 - 4.2 μm)
110 mW--
Output Power Stability
(Full Emission Band; Room Temperature ±1 °C)
--±1%
Intensity Noise (RMS; 10 Hz - 1 MHz)-0.025%-
Repetition Rate48 MHz50 MHz52 MHz
Output Beam Diameter (1/e2; Single Mode)-5.5 mm-
PolarizationRandom
Electrical Requirements
Input Voltage100 - 240 V
Frequency50 - 60 Hz
Power Consumption700 W (Max)
Environmental Requirements
Room Temperature Range17 °C to 25 °C
Physical Specifications
Gas Purging Inlet Connection0.25" (6.35 mm) Outer Diameter
Optical Output ConnectionKF10/KF16 Vacuum Flange
Dimensions (Laser Head)17.92" x 15.89" x 5.84"
(455.2 mm x 403.5 mm x 148.2 mm)
Dimensions (Controller)16.97" x 15.68" x 5.24"
(431.0 mm x 398.2 mm x 133.1 mm)

    Laser Warning Label Laser Warning Label

    ソフトウェア

    バージョン1.1.513.51

    中赤外域スーパーコンティ二ウム光源SC4500のWindows®ベースGUI用インストローラ

    Software Download

    レーザの安全性とクラス分類

    レーザを取り扱う際には、安全に関わる器具や装置を適切に取扱い、使用することが重要です。ヒトの目は損傷しやすく、レーザ光のパワーレベルが非常に低い場合でも障害を引き起こします。当社では豊富な種類の安全に関わるアクセサリをご提供しており、そのような事故や負傷のリスクの低減にお使いいただけます。可視域から近赤外域のスペクトルでのレーザ発光がヒトの網膜に損傷を与えうるリスクは極めて高くなります。これはその帯域の光が目の角膜やレンズを透過し、レンズがレーザーエネルギを、網膜上に集束してしまうことがあるためです。

    Laser GlassesLaser CurtainsBlackout Materials
    Enclosure SystemsLaser Viewing CardsAlignment Tools
    Shutter and ControllersLaser Safety Signs

    安全な作業および安全に関わるアクセサリ

    • クラス3または4のレーザを取り扱う場合は、必ずレーザ用保護メガネを装着してください。
    • 当社では、レーザのクラスにかかわらず、安全上無視できないパワーレベルのレーザ光線を取り扱う場合は、ネジ回しなどの金属製の器具が偶然に光の方向を変えて再び目に入ってしまうこともあるので、レーザ用保護メガネを必ずご使用いただくようにお勧めしております。
    • 特定の波長に対応するように設計されたレーザ保護眼鏡は、装着者を想定外のレーザ反射から保護するために、レーザ装置付近では常に装着してください。
    • レーザ保護眼鏡には、保護機能が有効な波長範囲およびその帯域での最小光学濃度が刻印されています。
    • レーザ保護カーテンレーザー安全保護用布は実験室内での高エネルギーレーザの遮光にご使用いただけます。
    • 遮光用マテリアルは、直接光と反射光の両方を実験装置の領域に封じ込めて外に逃しません。
    • 当社の筺体システムは、その内部に光学セットアップを収納し、レーザ光を封じ込めて危険性を最小限に抑えます。
    • ピグテール付き半導体レーザは、他のファイバに接続、もしくは他のファイバとの接続を外す際には、レーザ出力をOFFにしてください。パワーレベルが10 mW以上の場合には特にご注意ください。
    • いかなるビーム光も、テーブルの範囲で終端させる必要があります。また、レーザ使用中には、研究室の扉は必ず閉じていなければなりません。
    • レーザ光の高さは、目線の高さに設定しないでください。
    • 実験は光学テーブル上で、全てのレーザービームが水平を保って直進するように設定してください。
    • ビーム光路の近くで作業する人は、光を反射する不要な装飾品やアクセサリ(指輪、時計など)をはずしてください。
    • レンズや他の光学装置が、入射光の一部を、前面や背面で反射する場合がありますのでご注意ください。
    • あらゆる作業において、レーザは必要最小限のパワーで動作するようにご留意ください。
    • アライメントは、可能な限りレーザの出力パワーを低減して作業を行ってください。
    • ビームパワーを抑えるためにビームシャッタフィルタをお使いください。
    • レーザのセットアップの近くや実験室には、適切なレーザ標識やラベルを掲示してください。
    • クラス3Rやクラス4のレーザ(安全確保用のインターロックが必要となるレーザーレベルの場合)で作業する場合は、警告灯をご用意ください。
    • ビームトラップの代用品としてレーザービュワーカードを使用したりしないでください。

     

    レーザ製品のクラス分け

    レーザ製品は、目などの損傷を引き起こす可能性に基づいてクラス分けされています。国際電気標準会議(The International Electrotechnical Commission 「IEC」)は、電気、電子工学技術関連分野の国際規格の策定および普及を行う国際機関で、IEC60825-1は、レーザ製品の安全性を規定するIEC規格です。レーザ製品のクラス分けは下記の通りです

    ClassDescriptionWarning Label
    1ビーム内観察用の光学機器の使用を含む、通常の条件下での使用において、安全とみなされているクラス。このクラスのレーザ製品は、通常の使用範囲内では、人体被害を及ぼすエネルギーレベルのレーザを発光することがないので、最大許容露光量(MPE)を超えることはありません。このクラス1のレーザ製品には、筐体等を開かない限り、作業者がレーザに露光することがないような、完全に囲われた高出力レーザも含まれます。 Class 1
    1Mクラス1Mのレーザは、安全であるが、望遠鏡や顕微鏡と併用した場合は危険な製品になり得ます。この分類に入る製品からのレーザ光は、直径の大きな光や拡散光を発光し、ビーム径を小さくするために光を集束する光学素子やイメージング用の光学素子を使わない限り、通常はMPEを超えることはありません。しかし、光を再び集光した場合は被害が増大する可能性があるので、このクラスの製品であっても、別の分類となる場合があります。 Class 1M
    2クラス2のレーザ製品は、その出力が最大1 mWの可視域での連続放射光に限定されます。瞬目反射によって露光が0.25秒までに制限されるので、安全と判断されるクラスです。このクラスの光は、可視域(400~700 nm)に限定されます。 Class 2
    2Mこのクラスのレーザ製品のビーム光は、瞬目反射があるので、光学機器を通して見ない限り安全であると分類されています。このクラスは、レーザ光の半径が大きい場合や拡散光にも適用されます。 Class 2M
    3Rクラス3Rのレーザ製品は、直接および鏡面反射の観察条件下で危険な可視光および不可視光を発生します。特にレンズ等の光学機器を使用しているときにビームを直接見ると、目が損傷を受ける可能性があります。ビーム内観察が行われなければ、このクラスのレーザ製品は安全とみなされます。このクラスでは、MPE値を超える場合がありますが、被害のリスクレベルが低いクラスです。可視域の連続光のレーザの出力パワーは、このレベルでは5 mWまでとされています。 Class 3R
    3Bクラス3Bのレーザは、直接ビームを見た場合に危険なクラスです。拡散反射は通常は有害になることはありませんが、高出力のクラス3Bレーザを使用した場合、有害となる場合もあります。このクラスで装置を安全に操作するには、ビームを直接見る可能性のあるときにレーザ保護眼鏡を装着してください。このクラスのレーザ機器にはキースイッチと安全保護装置を設け、さらにレーザ安全表示を使用し、安全照明がONにならない限りレーザがONにならないようにすることが求められます。Class 3Bの上限に近いパワーを出力するレーザ製品は、やけどを引き起こすおそれもあります。 Class 3B
    4このクラスのレーザは、皮膚と目の両方に損傷を与える場合があり、これは拡散反射光でも起こりうるとみなされています。このような被害は、ビームが間接的に当たった場合や非鏡面反射でも起こることがあり、艶消し面での反射でも発生することがあります。このレベルのレーザ機器は細心の注意を持って扱われる必要があります。さらに、可燃性の材質を発火させることもあるので、火災のリスクもあるレーザであるとみなされています。クラス4のレーザには、キースイッチと安全保護装置が必要です。 Class 4
    全てのクラス2以上のレーザ機器には、上記が規定する標識以外に、この三角の警告標識が表示されていなければいけません。 Warning Symbol

    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

    Selected Publications Featuring Thorlabs' Mid-IR Supercontinuum Laser

    2022

     

    Zorin I, Gattinger P, Ebner A, and Brandstetter M. "Advances in mid-infrared spectroscopy enabled by supercontinuum laser sources," Opt. Express. 2022; 30, 5222-5254.

    2021

     

    Meem M, Majumder A, Banerji S, et al. "Imaging from the visible to the longwave infrared wavelengths via an inverse-designed flat lens," Opt. Express. 2021; 29, 20715-20723.

    Salem R, "Mid-IR supercontinuum laser covers key spectral bands for spectroscopy," Laser Focus World. 2021; 57(04), 48–50.

    Salem R, Backus S, Liu D, et al. "5-11 μm Supercontinuum Generation Using Cascaded Nonlinearities in Fluoride Fiber and ZGP," Conference on Lasers and Electro-Optics. 2021; OSA Technical Digest (Optica Publishing Group, 2021), paper STh1L.5.

    2019

     

    Wang Q, Jing JY, Wang BT. "Highly Sensitive SPR Biosensor Based on Graphene Oxide and Staphylococcal Protein A Co-Modified TFBG for Human IgG Detection," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. Sept. 2019; 68(9), 3350-3357.

    2015

     

    Salem R, Jiang Z, Liu D, et al. "Mid-infrared supercontinuum generation spanning 1.8 octaves using step-index indium fluoride fiber pumped by a femtosecond fiber laser near 2 µm," Opt. Express. 2015 Nov 16; 23 (24): 30592 - 30602.

    OCT走査の記録:(a)厚さ300μmの焼結アルミナシート(気孔率1%)のBスキャン画像、走査長8 mm; (b)エンボス加工されたマイクロチャネルを有する厚さ450 μmの焼結アルミナシート(気孔率1%)のBスキャン画像、走査長8 mm; (c)3Dプリントされた高気孔率(2%)、高粗さのセラミック製アルミナ試料(厚さ325 μm)のBスキャン画像、走査長8 mm; (d)ポリマーマトリックスに埋め込まれたセラミック粒子で構成されたLCMの緑部分(厚さ650μm、(c)に示すプリント部分に対応)の体積走査画像(面積4×8 mm2); (e) (d)から取得した背面インターフェースを正面から走査した画像。
    画像ご提供:Ivan Zorin and Bettina Heise, Optical Coherence Tomography Group,
     Research Center for Non-Destructive Testing GmbH, Linz, Austria

    中赤外域OCTイメージング

    光コヒーレンストモグラフィ(OCT)は非侵襲の光イメージング手法であり、マイクロメートルスケールの解像度とMHzの繰返し周波数で3次元画像をリアルタイムで取得できます。Research Center for Non-Destructive Testing GmbHのIvan Zorin氏とBettina Heise氏は、このホワイトペーパー で、当社のスーパーコンティニウムレーザSC4500のOCTシステム用光源としての性能をデモンストレーションしています。両氏は、散乱による制限をより受けやすい既存の近赤外域システムの代わりに、中赤外域OCTシステムを使用することを提案しています。

    右図は両氏によって提供された様々な試料の走査画像で、市販の近赤外域OCTシステムでは画像化できないセラミック光造形(LCM)技術によって作成された高散乱サンプルなどの画像が含まれています。


    Posted Comments:
    user  (posted 2022-04-25 01:36:16.283)
    What's the pulse width (in time) and pulse-to-pulse timing jitter of this laser?
    jdelia  (posted 2022-04-27 09:33:56.0)
    Thank you for contacting Thorlabs. The output pulses are unfortunately not measurable with off-the-shelf instruments due to the very broad bandwidth of the pulses (almost two octaves). The pump pulses of the SC4500 before broadening are characterized as having a pulse width of around 100 fs. These pulses undergo nonlinear spectral broadening, which broadens their spectrum and also alters the pulse width and shape. We have numerical simulations that suggest the output pulses after spectral broadening are shorter than 1 ps. Because of the uncertainty regarding pulse width, we unfortunately cannot offer a spec on pulse to pulse jitter either.
    Arindam Banerjee  (posted 2020-03-05 01:23:20.507)
    We are distrobutors of Thorlabs in India. A request from customer for quotation. the application is to characterize Infrared detectors (HgCdTe and InGaAs based). the SC4500 will be used as photon source covering MWIR range. Also this unit will be used for spectral characterization of infrared optical filters as part of an optical test setup
    llamb  (posted 2020-03-05 11:27:28.0)
    Thank you for contacting Thorlabs. A representative will reach out to you directly to discuss your application and provide a quote.
    agoncharov  (posted 2017-10-28 20:50:38.837)
    please provide price and ordering information 202 478 8947 Alex
    tfrisch  (posted 2017-10-30 10:28:59.0)
    Hello, thank you for contacting Thorlabs. We will reach out to you with a quote.

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    SC4500 Support Documentation
    SC4500中赤外域スーパーコンティ二ウム光源、1.3~4.5 μm
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