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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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
  • LiDAR
  • 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。

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
レーザーヘッド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1例を右下の写真で示しています。

電気的接続
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。

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
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。
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

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


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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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QSL103A1030 nm Q-Switched Microchip Laser System, 9 kHz Rep. Rate (Typ.)
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