高速変調器&減衰器、高出力フェムト秒レーザー用

Operating Wavelength Covers Full Range of Yb-Based Lasers: 1020 - 1080 nm
Modulation and Attenuation for Up to 40 W, 40 μJ Lasers
Micromachining and Microscopy Beam Blanking
Built-in Angular Dispersion Compensation

The FSAOM unit can be aligned with the aid of the included cage rods, irises, and alignment disk at a beam height of 2.50".

FSAOM

Fast Modulator and Attenuator for High-Power, Femtosecond Lasers, 1020 - 1080 nm

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概要
仕様
グラフ
立ち上がり/立ち下がり時間
FSAOMの設計
ビーム品質
パネル
ピン配列
発送品リスト
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FSAOM変調器の典型的な透過特性。AOMを駆動する電圧の関数として表示。右軸のDiagnostic Voltageは、内蔵のフォトディテクタからの出力です。透過率は、入力光パワー、波長、ビームのスポットサイズなどの要因からも影響を受けます。他の性能に関するグラフは「グラフ」タブ内でご覧いただけます。

用途例

近赤外(NIR)フェムト秒レーザの高速変調
2光子光刺激
フェムト秒レーザ微細加工
ガルバノ-ガルバノまたはガルバノ-レゾナントスキャナ
エッジ、フレームおよびフライバックのブランキング
関心領域の選択

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30 mmケージシステム用ロッド(型番ER8-P4)、アイリス(型番CP20D) 2個、アライメントを補助するためのアライメントディスク(型番VRC4SM05)が付属しています。ユニットは付属のクランプCL5Aで光学テーブルに固定されています。ミラー、ポスト、クランプフォークは別売りです。

特長

高い損傷閾値の材料と光学素子
- 最大40 Wの平均パワーと40 μJのパルスエネルギ
- 石英AOM
- 低群遅延分散：(1023 fs²)
DC電力入力による最大2 MHzの光減衰と高速変調が可能
- 200 ns以下のOn/Off切り替え時間
- コントラスト比1000:1の1次回析ビームを使用
広帯域動作
- 動作波長範囲:1020～1080 nm
交換用のポッケルスセル
アナログおよびデジタル制御可能な光出力
ThorImage^®LSおよびScanImageソフトウェアに対応
出力パワーをモニタおよび校正するためのフォトディテクタPDA20CS2が付属
液体チラーLK220に対応する水冷式
入出力ポートの中央には垂直方向にアライメント用の線が刻印
高さ追加ライザFSAOMB(下記にて別売り)を使用することで入射ビームの高さが120.65 mm上昇

当社の変調器&減衰器FSAOMは、動作波長1020～1080 nmの高出力レーザに対応し、高速の強度変調およびビーム減衰が可能なため、イッテルビウム(Yb)フェムト秒ファイバーレーザのような多光子イメージングや微細加工用のイッテルビウムベースのレーザとの使用に適しています。このユニットは、高コントラスト(＞1000:1)での変調が可能なアナログおよびデジタル制御のAOM、最大2MHzの動作周波数、80%以上(1030 nmにおいて)の透過効率を実現しています。このデバイスは、最大の入力光パワー40 Wおよびパルスエネルギ40 µJ、ビーム径1.5～3 mm 1/e2のコリメートビームの垂直偏光入力用に設計されており、一般的によく使用されている波長1 µmの高パルスエネルギのレーザと共にご使用いただけます。

右のグラフで示すように、透過率は0～5 Vのアナログ入力で制御されます。デジタル信号を使用して、透過率のON(0 V)とOFF(5 V)を切り替えることもできます。AOMはこれらの電圧変化に素早く反応し、透過率が10%から90%へ、またはその逆へ移行する時間は200 ns未満です。アナログおよびデジタル入力に対するAOM出力応答の詳細については、「立ち上がり/立ち下がり時間」タブをご参照ください。これらの電圧は、DAQハードウェアなどの市販の装置によって簡単に生成できます。セットアップと操作を容易にするために、FSAOMデバイスには、AOM を連続的にDC駆動する「AOM常時ON」モードも含まれています(前面パネルの「AOM ON」のLEDで示されます）。このデバイスは連続的なDC駆動および最大2 MHzまでの変調周波数に対応するため、フライバックブランキングや関心領域(ROI)選択などのイメージング用途に適しています。

光活性化および2光子蛍光用途に対応
こちらの変調器は、2光子蛍光顕微鏡や光活性化などの用途に適しています。これらの用途では、イメージング中の試料への露光を制限し、熱による損傷を低減するために、イッテルビウム(Yb)フェムト秒ファイバーレーザなどが生成する近赤外(NIR)超短パルスレーザの変調が必要になります。AOMのような回折を利用した変調器では波長依存性の角度分散が誘発され、集光スポットサイズの品質に影響を与える可能性があります。FSAOMでは波長依存性の角度分散を補正するために、特別に設計されたプリズムを備えています。詳細は「ビーム品質」タブをご参照ください。

フォトディテクタは取り換え可能
内部のビームサンプラは、分岐により変調ビーム(約1%)をサンプリングし、別の出力ポートに取り付けられたフォトディテクタを使用して透過率をモニタします。製品に付属し、予め取り付けられているディテクタPDA20CS2は、必要に応じて簡単に取り外してお手持ちのディテクタと交換することができます。交換の際は、9/64インチ六角レンチを使用してディテクタの底面にある＃8-32取付けネジを緩めてください。

アクティブ型水冷
AOMは駆動中に冷却が必要なため、ペルチェ式液体チラーLK220(付属しません)のような液体チラーを取り付け、AOMを作動させる前にユニットに 20 °C に冷却された水を流す必要があります。FSAOMユニットの電気システムには、AOMが動作温度制限を超えた場合に駆動を停止して保護するサーマルインターロック回路が組み込まれています。FSAOMユニットのサイドパネルには、付属の2個のインライン型結合用インサートQVF6とポリウレタンホースHPU6に接続するためのウォーターライン接続口があります。結合位置については「パネル」タブ、セットアップ方法についてはマニュアルをご参照ください。

筐体と取付け部について
変調器の入出力およびフォトディテクタ用ポートにはSM05内ネジが付いており、SM05外ネジ付きの部品を取り付けられるようになっています。また、入力ポートと出力ポートには、それぞれ30 mmケージシステムに対応するケージロッド用の4つのネジ穴があります。アライメントを補助するために、長さ203.2 mmのケージアセンブリーロッドER8が4本、ケージシステム用アイリスCP20D 2個、アライメントディスクVRC4SM05が付属しています。付属のケージシステム用アイリスとアライメントディスクを使用して最大透過率を得るにはマニュアル内のアライメント方法に従ってください。アライメント用セットアップの例は右側の写真をご参照ください。

変調器筐体の4つのスロットにクランプCL5A(3個付属しています)などのテーブルクランプを使用して、光学テーブルに直接取り付けることができます。これにより、ビーム高は63.5 mmになります。底面には高さ追加ライザFSAOMB(下記にて別売り)を取り付け可能なM6取付け穴も4つ付いています。これにより、ビーム高は120.65 mmとなり、当社のイッテルビウム(Yb)フェムト秒ファイバーレーザに直接取り付けることができます。

ユニットには24 Vの電源DS24、変調器用コネクタKPJX-3S、フォトディテクタ用の±12 Vの電源LDS12Bが付属します。電源には日本国内仕様の電源ケーブルが付属します。

Laser Power Modulator Housing Dimensions

フェムト秒レーザ音響光学変調器の筐体寸法

Item #	FSAOM
Contrast Ratio	> 1000:1
Operating Range	1020 - 1080 nm
Included Photodetector	Item # PDA20CS2
Input Polarization	Vertical Linear
Output Polarization	Vertical Linear
Rise/Fall Time	< 200 ns
Modulation Frequency^a	0 - 2 MHz
Modulation Voltage	0 - 5 V
Input Impedance	1.5 kΩ
Transmission (at 1030 nm)	> 80%
Max Input Pulse Energy^b	40 µJ
Max Input Optical Power^b	40 W
Input Spatial Mode Range^c	Ø1.5 - 3 mm
Group Delay Dispersion	1023 fs²
Power Supply (Included)	Item # DS24, 24 V, 160 W
Power Connector	KPJX-3S Female Connector
Operating Temperature	15 - 30 °C
Operating Humidity	20 - 60%
Storage Temperature	-25 - 70 °C
Required Chiller Cooling Capacity	100 W
Housing Dimensions (L x W x H)^d	12.60" x 6.89" x 3.77" (320.0 mm x 175.0 mm x 95.9 mm)
Dimensions with FSAOMB Riser (Sold Separately) (L x W x H)^e	12.60" x 6.89" x 6.02" (320.0 mm x 175.0 mm x 152.9mm)

3 MHzでは変調度が11%低減します。
繰返し周波数: 1 MHz、FWHM: 250 fs、ビーム径: 2 mm 1/e²
1/e²ビーム径がØ3 mmを超えると透過効率は低下します。
入射ビームの高さは63.5 mmです。詳細は下の赤いアイコン()をクリックして図面をご覧ください。
高さ追加ライザFSAOMBを使用すると入射ビームの高さは120.65 mmになります。

下のグラフは変調器FSAOMの典型的な透過率を、駆動電圧、光入力パワー、波長、スポットサイズの関数として示しています。また、AOMを1、2、3 MHzで駆動した場合の変調性能についても示しています。

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変調器FSAOMの典型的な透過率を、平均光入力パワーの関数として示したグラフ。高パワーでも温度の影響を受けないことがわかります。

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変調器FSAOMを39.6 W (1030 nm)の光入力パワーで駆動したときの典型的な透過率をAOMの駆動電圧の関数として示したグラフ。右軸のDiagnostic Voltageは、内蔵のフォトディテクタからの出力です。

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変調器FSAOMの入力部における典型的な透過率をスポットサイズ(1/e² ビーム径)の関数として示したグラフ。∅1.5～3 mmの青い網掛け領域は、入力ビーム径の仕様範囲を示します。3 mmを超えると透過効率は低下します。

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変調器FSAOMの典型的な透過率を波長の関数として示したグラフ。1020～1080 nmの青い網掛け領域は、動作波長範囲を示します。

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変調光のコントラスト比は0～2 MHzの繰返し周波数の範囲内では一定です。しかし、2 MHzを超えるとコントラスト比は低下し始めます。例えば3 MHzでは、コントラスト比は10:1に低下します。

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変調器FSAOMの1 MHzでの典型的な変調性能

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上の図のように、デジタル入力を0 Vとしておけば、AOMの透過はアナログ信号入力に従います。デジタル入力に5 Vを印加すると、透過はオフになります。

動作モードの制御図
右の図は、アナログおよびデジタル入力信号がFSAOMユニットから出射するレーザの透過とどのように対応しているかを示しています。

アナログ: レーザはアナログ信号に従います。アナログチャンネルにアナログ信号のみを印加することで、デバイスをフル操作することが可能です。
- 0 V →レーザ出力: 0 %
- 0～5 V →「グラフ」タブ内の典型的な透過率を示したグラフを参照
- 5 V →レーザ出力: 100 %
デジタル:アナログ入力に0～5 V(異なる減衰レベルが異なる場合)を印加し(DAQの出力経由、または電源を使用)、デジタル信号をデジタルチャンネルに適用します
- TTL Lo (0 V) →アナログに従います。
- TTL Hi (5 V) →レーザ出力: 0 %

注:100%出力時には、入力パワーの約80%が透過します。詳細は「グラフ」タブをご覧ください。

下のグラフは、アナログおよびデジタル制御信号がAOMの動作に与える影響と、これにより生じるレーザの透過を示しています。

アナログ入力
0～5 Vの外部アナログ入力は、変調器の光出力を0～100%の範囲で制御します。アナログ入力に0～5 Vのアナログ信号を印加すると、光出力は下のグラフで緑色で示される初期遅延時間の後、この信号に従います。立ち上がり時間は光出力が最大透過率の10%から90%に増加するまで時間を指し、立ち下がり時間は光出力が最大透過率の90%から10%に減少するまでの時間を指します。これらの測定では、1/e²ビーム径が2 mmのビームがFSAOMデバイスの入力ポートに入射されました。

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アナログ入力の5 Vの信号を0 Vにすると、光出力は初期遅延(印加信号が90%になった時から出力が最大透過率の90%になるまでの時間)の後、光出力が低下し始めます。立ち下り時間は破線の区間で示されており、光出力が最大透過率の90%から10%に減少するまでの時間を指します。

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AOMのアナログ入力に5 Vが印加されると、光出力は初期遅延(印加信号が10%になった時から出力が最大透過率の10%になるまでの時間)の後、光出力が増加し始めます。立ち上がり時間は破線の区間で示されており、光出力が最大透過率の10%から90%に増加するまでの時間を指します。

デジタル入力
0または5 Vの外部デジタル入力と0～5 V の外部アナログ入力を組み合わせて、変調器の光出力を制御します。下のグラフは、アナログ入力に5 Vが存在する状態で、0または5 Vの信号がデジタル入力に印加されたときの光出力の立ち上がり時間と立ち下がり時間を示しています。これらの測定では、1/e²ビーム径が2 mmのビームがFSAOMデバイスの入力ポートに伝送されました。

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デジタルの立ち下がり時間は破線の区間で示されています。AOMのアナログ入力に5 Vの信号が印加された状態で、デジタル入力が0 Vから5 Vに切り替えられたときに、光出力が最大透過率の90%から10%になるまでの時間を指します。

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デジタルの立ち上がり時間は破線の区間で示されています。AOMのアナログおよびデジタル入力に5 Vの信号が印加された状態で、デジタル入力を5 Vから0 Vに設定したときに、光出力が最大透過率の10%から90%に増加するまでの時間を指します。

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上の写真ではFSAOM内の光路を示しています。ユニット内の部品は参考としてのみ示されています。筐体のカバーを取り外したり、内部の光学素子の調整を行ったりしないでください。

FSAOMデバイスの内部

FSAOMユニット内部には、波長1020～1080 nmの高出力フェムト秒パルスレーザをAOMで整形およびアライメントし、角度分散を補正した変調ビームを出力するために必要な光学素子が組み込まれています。右の写真はデバイス内の光路を示しています。注：筐体のカバーは取り外さないでください。デバイス内にはお客様に点検していただく部品等はありません。

FSAOMデバイスの入力ポートには、直径1.5～3 mmの垂直偏光ビームを入力するように設計されています。UV溶融石英(UVFS)のガリレイ式ビームレデューサ(型番BE02-1064)は、AOMの検出部のレーザービームモードサイズに適合します。この検出部では、ビームが変調され、1次回折ビームが0次の未回折ビームから分離します。1次回折ビームの波長依存角度分散は、特別に設計されたプリズムによって補正されます。0次ビームが回折ビームから分離してビームダンプに送られる経路は、破線で示されています。1次ビームの一部(約1%)は、デバイスから出射する前にモニタ用として分岐されます。

音響光学変調器FSAOMを設計するうえで優先したのは、出力ビームの品質を確実に維持することでした。レーザ微細加工や多光子顕微鏡など様々な用途においてビームモード品質は重要だからです。ビーム品質は、当社のスーパールミネッセントダイオードSLD1050P-A60とコリメータTC12APC-1064で生成されたビームを用いてテストされ、ビームプロファイルが測定されました。

ビームプロファイル
AOMのような回折を利用した変調器では、波長依存性の角度分散が誘発され、集光スポットや画質に影響を与える可能性があります。そのため、FSAOMは角度分散を補正するためのプリズムを備えています。左下の写真は、角度分散補償プリズムが取り付けられていない状態(左)と取り付けられている状態(右)のビームプロファイルで、出力部の前にある100 mmレンズの焦点で撮影されています。補償プリズムを取り付けることで角度分散や空間チャープが除去されるため、広帯域の入力レーザでも円形の出力ビームが得られます。

FSAOMデバイスには、AOM内を通過するビームのサイズ変更とアライメントに必要なすべての光学素子が収納されており、右下の画像のように、径は1/2となり、品質の低下を最小限に抑えて出射されます。デバイスに入射する前のx軸とy軸のビーム品質測定では、M²x = 1.01、M²y = 1.03であり、デバイスを出た後はM²x = 1.06、M²y = 1.06です。

FSAOMデバイスは、入射ビームの位置、方向および垂直偏光を維持するように設計されているため、下流の光路を完全にルート変更することなく、既存の光学セットアップに追加することができます。倍率2倍のUV溶融石英(UVFS)ビームエキスパンダBE02-1064を使用すると、出力モード径を元のサイズに戻すことができます。

入力および出力ビームのプロファイル

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左：FSAOMに入射した1/e²ビーム径が2 mmのビーム。右：1/2の径でFSAOMから出射したビーム。

分散補償プリズム有りまたは無しの場合のビームプロファイル

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左：AOMの非補償角度分散(空間チャープとも呼ばれる)により、楕円形になった広帯域ビーム。右：分散補償プリズムを取り付けることで、角度分散(空間チャープ)やその結果生じる楕円化が解消されている。

フェムト秒音響光学変調器の前面パネル

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Front Panel of the FSAOM Unit
Callout	Description
1	Rotary Knob, Source/ Enable
2	Digital In (BNC), 5 V, High-Z
3	Analog In (BNC), 0 - 5 V, 1.5 kΩ
4	AC Power Cord (Item # DS24) Connector
5	Input Optical Specifications
6	Error / Reset Button
7	AC Power On/Off Switch
8	Device Status Indicator
9	Output Monitor, PDA20CS2 InGaAs Photodetector

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Input Side Panel of the FSAOM Unit
Callout	Description
1	Beam Entrance Aperture
2	Mounting Location for 30 mm Cage System
3	CL5A Clamp Location

フェムト秒音響光学変調器の前面パネル

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Output Side Panel of the FSAOM Unit
Callout	Description
1^a	Water Line Quick-Disconnect Couplings
2	CL5A Clamp Location
3	Mounting Location for 30 mm Cage System
4	Beam Exit Aperture
5	Beam Dump
6	Serial Plate

インライン型結合用インサートQVF6の取付用

変調器FSAOMのコネクタ

BNCメス型、アナログ変調入力信号

アナログ入力信号： 0～5 V、1.5 kΩ

BNCメス型、デジタル変調入力信号/h2>

デジタル入力信号： 5 V TTL、High Z

メス型電源コネクタKPJX-3S*

Pinout for KPJX-4S-S Connector
*付属の電源DS24の場合

フォトディテクタ用コネクタPDA20CS2

フォトディテクタ信号出力： BNCメス型

0～10 V出力

オス型(電源ケーブル)*

*付属の電源LDS12Bの場合

メス型電源コネクタ(フォトディテクタ)

Pinout for PDA Power Connector

レーザーパワー変調器FSAOMとそれに含まれる部品

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レーザーパワー変調器FSAOMと付属部品

レーザーパワー変調器および内蔵のInGaAsフォトディテクタPDA20CS2
24 VDC電源DS24
LDS12B：±12 VDCの電源
長さ5 mのポリウレタンホースHPU6
バルブ付きインライン型結合用インサートQVF6　2個
30 mmケージシステム用アイリスCP20D　2個
長さ 203.2 mmのケージアセンブリーロッドER8-P4　4個入りパック
テーブルクランプCL5A　3個
アライメントディスクVRC4SM05

高さ追加ライザFSAOMBとそれに含まれる部品

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高さ追加ライザFSAOMBと付属部品

高さ追加ライザFSAOMB
M6 x 1.0ネジ　4個

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高速変調器&減衰器、高出力フェムト秒レーザ用

ズーム

前面パネルには入射ビームの仕様が刻印されています。なお、出力時にはビーム径は半分に減少します。詳細は「ビーム品質」タブをご覧ください。

動作波長範囲: 1020～1080 nm
DC電力入力による最大2 MHzの光減衰と高速変調が可能
- 200 ns以下のOn/Off切り替え時間
- コントラスト比1000:1の1次回析ビームを使用
ハイパワー入力に対応最大40 Wの光パワーと40 μJのパルスエネルギ
透過率: 80%以上(1030 nmにおいて)
InGaAsフォトディテクタPDA20CS2が付属
液体チラーLK220(別売りです)に対応

当社の光変調器FSAOMは、波長範囲1020～1080 nmの高出力フェムト秒パルスの高速変調と可変減衰を必要とする用途に適した完全統合型の音響光学変調器(AOM)です。このユニットには、ビームサイズの変更とビームのAOMへのアライメントに必要なすべての光学素子が組み込まれており、出力部には角度分散補償プリズムが内蔵されています。コリメートされた垂直偏光の直径Ø1.5～3 mmのビームを入力ポートにアライメントするだけで、ビーム品質を保持しながら出力光を変調することができます。この変調器は1方向性であり、反対方向にアライメントすると正しく動作しないことにご注意ください。詳細は「FSAOMの設計」および「パネル」タブをご覧ください。

液体チラーLK220(付属しません)などのチラーを取り付けて、ビームをデバイスにアライメントする前に20 °C に冷却された水を流す必要があります。取付方法についてはマニュアルをご覧ください。

高さ追加ライザ、FSAOM用

ズーム

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FSAOMユニットに取り付けられたライザFSAOMB

変調器FSAOMの入射ビームの高さを120.65 mmに上昇
変調器FSAOMに取り付けるための取付ネジが4個付属
L型の汎用テーブルクランプCL5A(FSAOMには3個付属)用のスロットが4つ

高さ追加ライザFSAOMBを変調器FSAOMに取り付けることで、入射ビームの高さを63.5 mmから120.65 mmに上げて、イッテルビウム(Yb)フェムト秒ファイバーレーザのビーム高と合わせることができます。ライザにはFSAOMデバイスのM6ネジ付き穴に取り付けるためのM6ネジが4個付属しています。また、ライザには4つのスロットがあり、L型クランプCL5A(付属しません)を使用して光学テーブルに固定できるようになっています。