ピコ秒マイクロチップレーザー
- Sub-Nanosecond Pulse Duration
- High Energy (40 µJ, 9 kHz) Version
- High Repetition Rate (2 µJ, 100 kHz) Version
- Turn-Key Material Processing Capability
- High Quality Beam Profile
QSL103A
Picosecond Microchip Laser Head,
40 µJ (Typ.), 9 kHz Rep. Rate (Typ.)
Controller Included
The head of the QSL106B laser (controller included) is mounted on the QSLB1 Base (sold separately below), increasing the laser beam height to 75.0 mm and providing additional thermal stability.
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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 Specificationsa | ||
---|---|---|
Item # | QSL103A | QSL106B |
Center Wavelength | 1030 nm ± 1 nm | 1064 nm ± 1 nm |
Average Output Powerb | 350 - 450 mW | 150 - 250 mW |
Repetition Rateb | 8 - 10 kHz | 80 - 120 kHz |
Pulse Energy (Typical)b | 35 - 50 µJ | 1.7 - 2.2 µJ |
Output Peak Power | > 65 kW | > 2.5 kW |
Pulse Durationb | 500 ps ± 100 ps | 550 ps ± 100 ps |
Ellipticity | > 0.94 | > 0.92 |
特長
- 中心波長:1030 nmまたは1064 nm
- サブナノ秒のパルス幅
- 30 mmケージシステムに取り付け可能
- 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
- 9 kHzまたは100 kHz(典型値)の繰返し周波数
Qスイッチピコ秒マイクロチップレーザは、1030 nmまたは1064 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。ファイバ出力型励起用半導体レーザと小型のマイクロチップレーザ共振器を備え、高パルスエネルギ(型番QSL103A)および高い繰り返し周波数(型番QSL106B)のどちらのタイプでも高品質のビームを発生させることができるため、様々な材料加工や高調波発生の用途に適しています。性能仕様の詳細は「仕様」タブをご参照ください。各ピコ秒レーザーシステムには、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ヘッドとコントローラが含まれます。また、このピコ秒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。
レーザのラインナップ
異なる材料の加工にはそれぞれ異なるレーザーパラメータが必要です。高いピーク出力レーザのQSL103Aは、約500 psの持続時間で40 µJのパルスを生成し、大量の材料除去と効率的な高調波生成が可能です。小さなモードフィールド径と高いスループットが要求される精密用途には、より高い繰返し周波数(典型値:100 kHz)を有するレーザQSL106Bをご用意しております。この繰返し周波数の高いタイプは、高出力ファイバ増幅用のシードレーザとしてもご使用いただけ、効率的に大量の材料除去を行うことができます。
発光
これらの光源からの出力光は、コリメートではない弱く発散する光なので、使用時にビーム径を制御することができます。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/M(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制御によりブロックすることもできます。
取り付けについて
レーザーヘッド筐体には、6つの貫通穴(M4キャップスクリュ用に4つ、M6キャップスクリュ用に2つ)が付いています。直接光学テーブルやブレッドボードに取り付けたときの出力ビームの高さは25.0 mmです。
ビームの高さを上げる必要のある用途には、ベースQSLB1(下記掲載)のご使用をお勧めいたします。これにより熱安定性を得ることができます(右の写真参照)。また、レーザーヘッドをブレッドボードに取り付け、高さをあげることもできます。
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。
Item # | QSL103A | QSL106B |
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Average Output Powera | 350 - 450 mW | 150 - 250 mW |
Repetition Ratea | 8 - 10 kHz | 80 - 120 kHz |
Pulse Energy (Typical)a | 35 - 50 µJ | 1.7 - 2.2 µJ |
Output Peak Power | > 65 kW | > 2.5 kW |
Pulse Durationa | 500 ps ± 100 ps | 550 ps ± 100 ps |
Typical Pulses | Click to Enlarge | Click to Enlarge |
Center Wavelength | 1030 nm ± 1 nm | 1064 nm ± 1 nm |
Output Spectrum (Typical) | Click to Enlarge | Click to Enlarge |
Power Stability (RMS) | < 1% over 8 hours | < 0.5% over 8 hours |
Beam Diameter (1/e2), at 100 mm | 3 mm | |
Beam Divergence (1/e2), Typical | 10 mrad | |
Beam Quality (M2) | < 1.2 | < 1.3 |
Ellipticity | > 0.94 | > 0.92 |
Beam Profile (Typical) | Click to Enlarge | Click to Enlarge |
Power, Environmental, and Physical Specifications | |
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AC Input Frequency Range to Power Supply | 50 - 60 Hz |
AC Input Voltage to Power Supply | 100 V to 250 VAC |
Power Consumption (Typical) | 22 W |
Trigger Out | 1 VPP, 50 Ω |
Relative Trigger Jitter | < 10 ps |
Optical Repetition Rate Jitter | < 5% of Repetition Rate |
Operating Temperature Range | 10 to 45 °C |
Storage Temperature Range | 0 to 60 °C |
Laser Head Weight | 0.8 kg |
Laser Controller Weight | 1.7 kg |
Laser Head Dimensions | 136.3 mm x 88.9 mm x 47.1 mm (5.37" x 3.50" x 1.85") |
Laser Controller Dimensions | 307.4 mm x 149.8 mm x 84.0 mm (12.10" x 5.90" x 3.31") |
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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。
QSLシリーズレーザーヘッドの前面および背面パネル
Front Panel | |
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Call Out | Description |
1 | Laser Aperture with SM05 (0.535”-40) Internal Threads |
2 | Manual Shutter |
3 | 4-40 Threads Spaced for 30 mm Cage Compatibility (4 Places) |
Back Panel | |
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Call Out | Description |
1 | Receptacle for Umbilical Cable to Laser Controller |
2 | Trigger Out (Female SMA) |
3 | Laser Emission Indicator LED |
QSLシリーズコントローラの前面および背面パネル
Front Panel | |
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Call Out | Description |
1 | Interlock Key Switch |
2 | TEC Status LED |
3 | Laser Emission Status LED |
4 | Laser Enable Switch |
Back Panel | |
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Call Out | Description |
1 | Main Power Switch |
2 | Interlock Connector |
3 | Fuse Holder |
4 | AC Power Cord Connector |
5 | Interlock Error Status LED |
6 | Head Error Status LED |
7 | Receptacle 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。
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や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や 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
Class | Description | Warning 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。 | |
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。 | |
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。 | |
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。 | |
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。 | |
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。 | |
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。 | |
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。 |
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 | ||||
、 | ||||
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 : | ||||
、 | ||||
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。 |
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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: | |
Jiwon Yune
 (posted 2024-03-24 15:35:42.9) What is the best way to trigger this laser source for LIBS? Optical shutter might be too slow for my need. cdolbashian
 (posted 2024-03-29 02:49:06.0) Thank you for reaching out to us with this inquiry. This laser source cannot be triggered as you intend, but there are other workarounds which can be used. I have contacted you directly to discuss such options. |
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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
- サブナノ秒のパルス持続時間
- µJレベルのパルスエネルギ
- レーザーヘッドとコントローラが付属
こちらのQスイッチピコ秒マイクロチップレーザは小型で、1030 nmまたは1064 nmにおいてピコ秒レベルのパルスを発生させることができます。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)。光音響イメージングや蛍光寿命イメージング、LIDAR、レーザ誘起破壊分光法など、様々な用途にご使用いただけます。
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レーザーヘッドQSL106BをベースQSLB1に固定して、ビームの高さを上げることができます。
- レーザービームの高さを75.0 mmまで上げることが可能
- 熱安定性の向上
- ミリ規格とインチ規格どちらの光学テーブルにも直接取り付け可能
ベースQSLB1は、出力ビームの熱安定性を保ちながら当社のQスイッチマイクロチップレーザーシステムのビーム高を75.0 mmまで上げることができます。ベースにはレーザーヘッドを固定するためのM6 x 1.0タップ穴が2つ付いており、M6 x 14キャップスクリュ(4 mm六角)が2つ付属します。ベースには、光学テーブル取り付け用に4つの貫通穴(M6キャップスクリュ用)が付いています。