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フェムト秒ファイバーレーザ、2 µm


  • Ultrafast <80 fs Pulses
  • High Peak Power: >100 kW
  • Turnkey Operation

FSL1950F

2 µm Femtosecond
Fiber Laser

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応用例:
中赤外域のスーパーコンティニウム光発生用励起レーザ

Supercontinuum Spectrum
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FSL1950Fは100 kWを超える高ピーク出力により様々な非線形現象を誘起することができます。こちらの例では、当社が製造した分散制御のInF3ファイバの励起にこのレーザを使用しています。InF3ファイバは励起光のスペクトルを近赤外ならびに中赤外域に広げます。中赤外域では4.0 µmを超えるスーパーコンティニウム光が生成されます。こちらではこの技術を使用した中赤外域スーパーコンティニウム光源をご紹介しております。

詳細についてはこちらをご覧ください。Salem R, Jiang Z, Liu D, et al., Opt. Express 2015 Nov 16; 23 (24): 30592 - 30602.

GUI of Fiber Laser
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FSL1950F制御用GUIが付属

特長

  • 中心波長1950 nm± 30 nmで<80 fsの超短パルス
  • 平均出力>500 mW、パルスエネルギ>10 nJ、 繰り返し周波数50 MHz
  • すべて偏波保持ファイバを使用
  • 可飽和吸収体を使用した信頼性の高いパッシブモードロック
  • FC/APCコネクタ付きピグテールファイバによるシンプルな自由空間への出力
  • 外部同期用として、高速フォトダイオードの信号をSMAコネクタから出力

応用例

  • 中赤外域のスーパーコンティニウム光発生
  • 中赤外域の光周波数コム
  • ツリウムまたはホルミウム添加ファイバ増幅器のシード光源
  • 超高速分光法
  • 材料の特性評価
  • 非線形光学

当社では中心波長が2 µmのフェムト秒ファイバーレーザをご用意しております。このレーザFSL1950Fのパルス幅は<80 fs、平均出力は>500 mW、繰り返し周波数は50 MHzで、ツリウム添加ファイバ増幅システムのシード光源や、非線形光学、そして中赤外域スーパーコンティニウム光発生(右の応用例をご覧ください)など、様々な用途でお使いいただけます。

この超短パルスレーザは、偏波保持ファイバのみを使用した発振器と増幅器の組み合わせにより構成されており、ターンキー操作が可能で長期信頼性に優れています。パルスは長さ30 cm(公称値)のFC/APCコネクタ付きピグテールファイバから出力されます。レーザはWindows®で動作する付属のGUI(PCは付属しません)で制御します(上の画像参照)。

FSL1950Fの出力用ファイバは当社の保護膜付き銀コーティングの反射型コリメータFiberPortコリメータトリプレットレンズコリメータなどの自由空間との結合用光学素子と組み合わせて使用することを想定しています。出力パルスの偏光はファイバのアライメントキーと平行です。出力用ファイバをほかのFC/APCパッチケーブルには接続しないでください。短いファイバ(>5 cm)でもパルス特性が大きく変わってしまいます。ファイバ先端では光パワーが大きいため、端面に埃が焦げ付くことがないように、ファイバーコネクタ用のクリーナFCC-7020などで先端をきれいに保つ必要があります。

Item #FSL1950F
Center Wavelength1950 nm ± 30 nm
Pulse Width<80 fs (FWHM)
Output Power>500 mW (Average)
Repetition Rate
50 MHz (Nominal)
Pulse Energy>10 nJ
Polarization Extinction Ratioa>15 dB
External Sync OutputSMA Connector
Fiber Specifications
Connector2.0 mm Narrow Key FC/APC
Numerical Aperture (NA)0.13
Mode Field Diameter~12 µm
Length12" (30 cm) [Nominal]
Minimum Bend Radius6 cm
JacketØ3 mm Stainless Steel
Physical Specifications
Laser Head Dimensions17.46" x 15.80" x 5.60"
(443.5 mm x 401.3 mm x 142.2 mm)
Controller Dimensions15.68" x 19.00" x 5.24"
(398.3 mm x 482.6 mm x 133.1 mm)
Input Power100 - 240 V, 50 - 60 Hz
Input Power Consumption700 W (Max)
Environmental Requirements
Room Temperature Range17 °C to 25 °C
Room Temperature Stability<3 °C over 24 Hours
  • 出力光の偏光方向はファイバのアライメントキーと平行です。

Laser Warning Label Laser Warning Label

Autocorrelation at 500 mW
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生データはこちらからダウンロードいただけます
こちらの強度自己相関データは、FSL1950Fを最大出力(500 mW)の状態で測定しており、100 fsよりも短いパルス幅を示しています。参考として示したもので、保証されているものではありません。

上のプロット図では、出力を最大の500 mWとした時と、それよりも小さな200 mWとした時のスペクトルを比較しています。出力は励起電流を下げることにより小さくなります。ファイバ共振器内の非線形性は高出力のフェムト秒パルスを得るために必要ですが、その非線形性によりパルス幅とスペクトル形状は出力に大きく依存します。独自の時間波形やスペクトル構造のパルスをご希望の場合には、それらの条件を当社までお知らせください。

制御ソフトウェア

バージョン1.0.415.92

フェムト秒ファイバーレーザFSL1950F用GUIのインストーラ、Windows®

Software Download

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

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:
kkmion  (posted 2016-09-05 15:46:18.903)
Does this 1.95 µm laser has PZT which can be used to lock the repetition rate?
jlow  (posted 2016-09-09 04:22:08.0)
Response from Jeremy at Thorlabs: We will contact you directly to discuss about this laser.

.

+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
FSL1950F Support Documentation
FSL1950Fフェムト秒ファイバーレーザ、2 µm
¥6,347,630
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