ピコ秒マイクロチップレーザー


  • 500 ps Pulse Duration at 1030 nm
  • 45 µJ Typical Pulse Energy
  • High Quality Beam Profile (M2 < 1.2)
  • 9 kHz Typical Repetition Rate

QSL103A

1030 nm Q-Switched Microchip Controller and Laser Head

Application Idea

The QSL103A laser marking a stainless steel plate; plasma formation can be seen at the focus.

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QSL Mounted
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厚さ100 µmのアルミニウム製シート上に開けられたレーザードリル穴
QSL Collimating Lens
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ケージプレートCP1XYとケージロッドER1.5を使用してレーザーヘッドに取り付けられたアクロマティック複レンズAC127-075-B

用途

  • 材料加工
  • 光音響イメージング
  • 蛍光寿命イメージング
  • 高調波発生
  • ライダー
  • レーザ誘起破壊分光法
Key Specifications
Center Wavelength1030 nm ± 1 nm
Average Output Powera350 - 450 mW
Repetition Ratea8 - 10 kHz
Pulse Energya40 - 50 µJ
Output Peak Power> 80 kW
Pulse Durationa500 ps ± 100 ps
  • この仕様は各デバイスにおいて一定ですが、仕様の範囲内でデバイスごとに性能が異なります。
QSL Mounted
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ビーム高を上げるために、レーザーヘッドQSL103Aを嵩上げしたブレッドボードに取り付けることができます。写真では、高さ38mm(1.5インチ)の台座付きピラーポストRS1.5Pを使用して嵩上げしたブレッドボードMB6Uにレーザーヘッドを固定しています。

特長

  • 中心波長:1030 nm
  • パルス幅:500 ps ± 100 ps
  • 30 mmケージシステムに対応
  • 制御用の電子回路を内蔵
  • パルスをモニタするためのトリガ出力

Qスイッチピコ秒マイクロチップレーザQSL103Aは、1030 nmでのピコ秒パルスを出力する、ターンキー式でアライメント不要のレーザ装置です。 この光源は、ファイバ出力型励起用半導体レーザが付いた小型共振器を備え、kHzの繰返し周波数において高パルスエネルギで高品質のビーム(M2<1.2)を発生させることができるため、材料加工や高調波発生の用途に適しています。性能仕様の詳細については「仕様」タブをご参照ください。各システムには、駆動用電子回路、温度安定化およびセーフティーインターロック機能が統合されたレーザヘッドとコントローラが含まれます。また、レーザーヘッドには手動スライド式のシャッタが付いており、レーザ開口部をカバーできるようになっています。

発光
この光源からの出力光は10 mradの広がり角を有するため、様々なビーム径に対応可能です。レーザーヘッドの出力開口部には、SM05内ネジと当社の30 mmケージロッドを取り付けるためのネジがあり、外付けのコリメート用レンズを簡単に取り付けることができます(右上の写真参照)。ビーム出力時のミスアライメントを補正するために、コリメートレンズはXY移動のケージプレートに取り付けてください。

ビームの減衰には、当社のNDフィルタのご使用をお勧めいたします。アダプタSHCP025(ケージシステムへの組み込み用)に取り付けたダイアフラムシャッタSHB025をレーザ開口部の前に追加して、レーザ出力をリモートでブロックすることもできます。

取付け
レーザヘッドQSL103Aは、筐体のM4またはM6貫通穴を使用して光学テーブルまたはブレッドボードに取り付けることができます。出力ビームの高さは25.0 mmとなっていますが、用途によってはレーザヘッドを嵩上げブレッドボードに取り付ける必要があります。その一例を右下の写真で示しています。

電気的接
各レーザーシステムには、レーザーヘッドとコントローラを接続するためのケーブル(取り外し不可)が付いています。このレーザーシステムには、動作に必要なすべての駆動電子回路やセーフティインターロック、温度安定化装置が付属します。詳細な内部構造図は「仕様」タブ内でご覧いただけます。尚、電源はユニット内部に組み込まれており、日本国内対応の電源コードは各レーザに付属しています。

パネルの概要
レーザーヘッドには、トリガ出力端子(SMAメス型)が付いていて、出力パルスおよび繰返しレートをモニタしたり、電子トリガでパルスの到着タイミングを計ったりすることができます。レーザ出力用のLEDインジケータも付いています。

キースイッチや、インターロックピン、レーザ出力を瞬時にEnableに切り替えるスイッチなど、必要な安全機能はすべてコントローラに含まれています。パネルの詳細については「前面&背面パネル」タブをご覧ください。コントローラの前面パネルには、TECおよびレーザ出力状態を示す2色(赤・緑)のステータスインジケータLEDがありますが、これは多くのレーザ保護メガネを通しても確認できるよう設計されています。

Item #QSL103A
Average Output Power350 - 450 mW
Repetition Ratea8 - 10 kHz
Pulse Energya40 - 50 µJ
Output Peak Power> 80 kW
Pulse Durationa500 ps ± 100 ps
Typical Pulse (Typical)bQSL103A Typical Pulse
Center Wavelength1030 nm ± 1 nm
Output Spectrum (Typical)bQSL103A Typical Spectrum
Power Stability< 1% over 8 hours
Beam Diameter (1/e2), at 100 mm3 mm
Beam Divergence (1/e2), Typical10 mrad
Beam Quality (M2)< 1.2
Beam Profile (Typical at 150 mm)QSL103A Beam Profile
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  • この仕様は各デバイスにおいて一定ですが、仕様の範囲内でデバイスごとに性能が異なります。
Power, Environmental, and Physical Specifications
AC Input Frequency Range to Power Supply50 - 60 Hz
AC Input Voltage to Power Supply100 V to 250 VAC
Power Consumption (Typical)22 W
Trigger Out1 VPP, 50 Ω
Relative Trigger Jitter< 10 ps
Optical Repetition Rate Jitter200 - 300 Hz
Operating Temperature Range10 to 45 °C
Storage Temperature Range0 to 60 °C
Laser Head Weight0.8 kg
Laser Controller Weight1.7 kg
Laser Head Dimensions136.3 mm x 88.9 mm x 47.1 mm
(5.37" x 3.50" x 1.85")
Laser Controller Dimensions307.4 mm x 299.9 mm x 84.0 mm
(12.10" x 11.81" x 3.31")
QSL Block Diagram
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レーザ制御システムの内部構造図。駆動電子回路、セーフティインターロック、トリガ回路、温度安定化システムが内蔵されています。2色のTEC用LEDインジケータ(赤・緑)は、45秒~90秒間のウォームアップ中に点滅し、温度が安定すると連続的に点灯します。

レーザーヘッドの前面および背面パネル

Front Panel
Call OutDescription
1Laser Aperture with SM05 (0.535”-40) Internal Threads
2Manual Shutter
34-40 Threads Spaced for 30 mm Cage Compatibility (4 Places)
Back Panel
Call OutDescription
1Receptacle for Umbilical Cable to Laser Controller
2Trigger Out (Female SMA)
3Laser Emission Indicator LED

コントローラの前面および背面パネル

Front Panel
Call OutDescription
1Interlock Key Switch
2TEC Status LED
3Laser Emission Status LED
4Laser Enable Switch
Back Panel
Call OutDescription
1Main Power Switch
2Interlock Connector
3Fuse Holder
4AC Power Cord Connector
5Interlock Error Status LED
6Head Error Status LED
7Receptacle for Umbilical Cable for Laser Head

Laser Safety and Classification

Safe practices and proper usage of safety equipment should be taken into consideration when operating lasers. The eye is susceptible to injury, even from very low levels of laser light. Thorlabs offers a range of laser safety accessories that can be used to reduce the risk of accidents or injuries. Laser emission in the visible and near infrared spectral ranges has the greatest potential for retinal injury, as the cornea and lens are transparent to those wavelengths, and the lens can focus the laser energy onto the retina. 

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

Safe Practices and Light Safety Accessories

  • Laser safety eyewear must be worn whenever working with Class 3 or 4 lasers.
  • Thorlabs recommends the use of laser safety eyewear whenever working with laser beams with non-negligible powers (i.e., < Class 2) since metallic tools such as screwdrivers can accidentally redirect a beam.
  • Laser goggles designed for specific wavelengths should be clearly available near laser setups to protect the wearer from unintentional laser reflections.
  • Goggles are marked with the wavelength range over which protection is afforded and the minimum optical density within that range.
  • Laser Safety Curtains and Laser Safety Fabric shield other parts of the lab from high energy lasers.
  • Blackout Materials can prevent direct or reflected light from leaving the experimental setup area.
  • Thorlabs' Enclosure Systems can be used to contain optical setups to isolate or minimize laser hazards.
  • A fiber-pigtailed laser should always be turned off before connecting it to or disconnecting it from another fiber, especially when the laser is at power levels above 10 mW.
  • All beams should be terminated at the edge of the table, and laboratory doors should be closed whenever a laser is in use.
  • Do not place laser beams at eye level.
  • Carry out experiments on an optical table such that all laser beams travel horizontally.
  • Remove unnecessary reflective items such as reflective jewelry (e.g., rings, watches, etc.) while working near the beam path.
  • Be aware that lenses and other optical devices may reflect a portion of the incident beam from the front or rear surface.
  • Operate a laser at the minimum power necessary for any operation.
  • If possible, reduce the output power of a laser during alignment procedures.
  • Use beam shutters and filters to reduce the beam power.
  • Post appropriate warning signs or labels near laser setups or rooms.
  • Use a laser sign with a lightbox if operating Class 3R or 4 lasers (i.e., lasers requiring the use of a safety interlock).
  • Do not use Laser Viewing Cards in place of a proper Beam Trap.

 

Laser Classification

Lasers are categorized into different classes according to their ability to cause eye and other damage. The International Electrotechnical Commission (IEC) is a global organization that prepares and publishes international standards for all electrical, electronic, and related technologies. The IEC document 60825-1 outlines the safety of laser products. A description of each class of laser is given below:

ClassDescriptionWarning Label
1This class of laser is safe under all conditions of normal use, including use with optical instruments for intrabeam viewing. Lasers in this class do not emit radiation at levels that may cause injury during normal operation, and therefore the maximum permissible exposure (MPE) cannot be exceeded. Class 1 lasers can also include enclosed, high-power lasers where exposure to the radiation is not possible without opening or shutting down the laser. Class 1
1MClass 1M lasers are safe except when used in conjunction with optical components such as telescopes and microscopes. Lasers belonging to this class emit large-diameter or divergent beams, and the MPE cannot normally be exceeded unless focusing or imaging optics are used to narrow the beam. However, if the beam is refocused, the hazard may be increased and the class may be changed accordingly. Class 1M
2Class 2 lasers, which are limited to 1 mW of visible continuous-wave radiation, are safe because the blink reflex will limit the exposure in the eye to 0.25 seconds. This category only applies to visible radiation (400 - 700 nm). Class 2
2MBecause of the blink reflex, this class of laser is classified as safe as long as the beam is not viewed through optical instruments. This laser class also applies to larger-diameter or diverging laser beams. Class 2M
3RClass 3R lasers produce visible and invisible light that is hazardous under direct and specular-reflection viewing conditions. Eye injuries may occur if you directly view the beam, especially when using optical instruments. Lasers in this class are considered safe as long as they are handled with restricted beam viewing. The MPE can be exceeded with this class of laser; however, this presents a low risk level to injury. Visible, continuous-wave lasers in this class are limited to 5 mW of output power. Class 3R
3BClass 3B lasers are hazardous to the eye if exposed directly. Diffuse reflections are usually not harmful, but may be when using higher-power Class 3B lasers. Safe handling of devices in this class includes wearing protective eyewear where direct viewing of the laser beam may occur. Lasers of this class must be equipped with a key switch and a safety interlock; moreover, laser safety signs should be used, such that the laser cannot be used without the safety light turning on. Laser products with power output near the upper range of Class 3B may also cause skin burns. Class 3B
4This class of laser may cause damage to the skin, and also to the eye, even from the viewing of diffuse reflections. These hazards may also apply to indirect or non-specular reflections of the beam, even from apparently matte surfaces. Great care must be taken when handling these lasers. They also represent a fire risk, because they may ignite combustible material. Class 4 lasers must be equipped with a key switch and a safety interlock. Class 4
All class 2 lasers (and higher) must display, in addition to the corresponding sign above, this triangular warning sign. 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


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Qスイッチピコ秒マイクロチップレーザ

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QSL103A Support Documentation
QSL103ANEW!1030 nm Q-Switched Microchip Laser System, 9 kHz Rep. Rate (Typ.)
¥1,033,500
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