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Femtosecond Ytterbium (Yb) Fiber Laser


  • Clean Ultrafast (<170 fs) Pulses with Temporal Strehl Ratio >0.85
  • >5 MW Peak Power (at 1 MHz)
  • Pump Laser for Y-Fi™ Wavelength Conversion Modules

Y-Fi™ HP

Femtosecond Ytterbium
Fiber Laser, 1035 nm

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Peter Fendel
Peter Fendel
Director, Laser Division

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Bulk White-Light Generation Produced by the Y-Fi™ HP Fiber Laser
Key Specifications
Repetition Rate 1 - 10 MHz
Pulse Width <170 fs
Output Power (Average) >20 W at 10 MHz
Pulse Energy >3 μJ at 1MHz
Typical Temporal Strehl Ratio >0.85
Support Documents Y-Fi HP Support Documentation

Features

  • Tunable Repetition Rate from 1 - 10 MHz
  • Ultrafast <170 fs Pulses with Low Pulse Pedestal
  • >20 W High Output Power and >3 µJ Pulse Energy
  • 1035 nm Center Wavelength
  • Computer-Controlled Pulse Width Precompensation
  • Control via Software for Hands-Free Operation (Laptop and Software Included)
  • Multimode SMA Output Port for Spectrum Monitoring
  • Compact Footprint

Applications

  • Multiphoton Microscopy
  • Photostimulated Optogenetics
  • Precision Micromachining of Tissues, Glass, and Plastics
  • Optical Parametric Amplifier (OPA) Pumping
  • Non-Collinear Optical Parametric Amplifier (NOPA) Pumping
  • Chemical Spectroscopy
  • Terahertz Generation

Thorlabs' Y-Fi™ Femtosecond Ytterbium Fiber Laser is a high peak power, NIR laser that emits clean, ultrafast pulses centered at 1035 nm. With <170 fs pulse widths, >20 W average output power, and a tunable repetition rate from 1 to 10 MHz, this fiber laser enables a wide range of applications, including multiphoton microscopy, photostimulated optogenetics, and precision machining. Detailed specifications, including typical pulse intensity and power scaling with repetition rate, are available on the Specs tab. If your application requires higher pulse energies, please contact LaserSales@thorlabs.com.

Featuring high energy pulses and a typical temporal Strehl ratio of >0.85, this ytterbium fiber laser is ideal for life science applications, such as two-photon microscopy, where reduced excitation powers are desirable to prevent heat-induced sample degradation and photobleaching. These clean, ultrafast pulses have low temporal pedestals that are free from any picosecond background, which leads to more usable output power per pulse (i.e., less average power is required for imaging). Note that the temporal Strehl ratio states that the peak power of the pulse is 85% of the maximum determined from a transform-limited pulse with the same spectrum, ensuring the pulse duration and pedestal content.

Three mounting feet, as well as mounting clamps, are included with each laser head to ensure proper mounting and performance stability. When mounted with the legs, the Y-Fi HP fiber laser has a beam height of 2.5". Each laser also ships with a chiller and electronics unit, both of which are rack-mountable.

The Y-Fi HP fiber laser is designed to for hands-free operation and long-term reliability. Parameters such as repetition rate, output power, and pulse duration can be controlled through a user-friendly GUI. When applying the computer-controlled pulse duration, pulse-width pre-compensation is accomplished without the use of external prisms or gratings.

Vertical Stacking Design
The Y-Fi ytterbium ultrafast laser platform, which includes both stand-alone lasers and wavelength conversion modules, is a fully integrated laser system that utilizes a vertical stacking architecture. The Y-Fi HP base laser unit occupies a compact 464 mm x 304 mm footprint. Any additional modules stacked on top of the unit, such as the Y-Fi™ optical parametric amplifier (OPA), convert the output wavelength while retaining the original footprint of the Y-Fi HP laser. In contrast to traditional wavelength conversion methods that require secondary enclosures and free space alignment, the Y-Fi laser platform offers enhanced alignment stability and opportunities for system reconfiguration. For more information about the wavelength conversion modules available for use with the Y-Fi HP fiber laser, please contact LaserSales@thorlabs.com.

Thorlabs has recently acquired the Y-Fi™ Family of Ultrafast Ytterbium Fiber Lasers from KMLabs and is currently finalizing the compliance requirements for international sale of these items. The information presented in this web presentation and the attached datasheet reflect current specifications for these items. Additional details, including potential updates to the specifications, will be provided once an internal evaluation of the product line is completed. In the interim, please contact LaserSales@thorlabs.com to learn more about our Y-Fi™ products.

Item  Y-Fi HP
Laser Specifications
Repetition Rate (Tunable) 1 - 10 MHz
Peak Power (Calculcated via FROG) >10 MW
Pulse Width <170 fs
Output Power (Average) >20 W @ 10 MHz
Pulse Energy >3 μJ @ 1 MHz
Typical Temporal Strehl Ratio >0.85
Background Content <1.0%
Pre-Pulse Contrast >200:1
Post-Pulse Contrast >200:1
Center Wavelength 1035 ± 5 nm
Beam Quality M2 < 1.2
Compressor Dispersion Pre-Compensation (@ 1035 nm) ±10,000 fs2
Polarization S-Polarized (Vertical), Linear
Polarization Extinction Ratio (PER) >100:1
Power Stabilitya <1% RMS over 12 Hours
Pointing Stabilitya <10 μRad RMS
Environmental Requirements
Room Temperature 16 - 26 °C
Optical Head Dimensions (L x W x H) 465 mm x 304 mm x 61 mm
(18.3" x 12.0" x 2.4")
Support Documentation
Datasheet Y-Fi HP Support Documentation
  • Ambient ±0.5 °C, after 30 minute warmup

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The pulse intensity of the Y-Fi HP fiber laser is measured using SHG-FROG. Pulse duration is determined by the FWHM of the intensity profile.

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Y-Fi HP Pulse Energy and Output Power Scaling with Repetition Rate

Thorlabs has recently acquired the Y-Fi™ Family of Ultrafast Ytterbium Fiber Lasers from KMLabs and is currently finalizing the compliance requirements for international sale of these items. The information presented in this web presentation and the attached datasheet reflect current specifications for these items. Additional details, including potential updates to the specifications, will be provided once an internal evaluation of the product line is completed. In the interim, please contact LaserSales@thorlabs.com to learn more about our Y-Fi™ products.

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

レーザの安全性と分類

レーザを取り扱う際には、安全な操作の実施と、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起こります。 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ではヒトの網膜に損傷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

  • 当社では、わずかでも影響のあるレベルのレーザ光線(例:クラス 1よりも高いクラスのレーザ機器)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、レーザ保護眼鏡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、レーザ使用装置の近くのわかりやすい場所に置いてください。
  • 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。
  • 遮光用材料は、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。
  • また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から取り外す際には、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。
  • 全てのレーザビームが水平を保って直進するように、実験は光学テーブル上で行ってください。
  • 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。
  • アライメント作業は、可能な限りレーザの出力パワーを低減して行ってください。
  • 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、適切な警告灯などをご用意ください。
  • 適切なビームトラップを用い、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及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(対応するJIS規格はJIS C 6802)。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です。 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光を放射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のレーザ機器には、レーザをシャットダウンするか、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です。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放射し、ビーム径を小さくするために光を集光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危険性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、別の分類に移動する場合があります。 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ビーム内観察を行わなければ、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は低いクラスです。 可視域の連続波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。 ただし、拡散反射は有害ではありません。 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はレーザ保護眼鏡を装着する必要があります。さらに、インターロック機能付きの自動表示灯等の警報装置を設け、それらが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。 クラス3Bのレーザ機器には、キースイッチと安全保護装置が必要です。 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

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