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刀口式光斑分析仪应用在激光光束质量测量中

作者:维尔克斯  时间:2021-12-16 9:01:23

Vol. 26, No. 5 | 5 Mar 2018 | OPTICS EXPRESS 5962的一篇论文:High power sub 100-fs Kerr-lens mode-locked Yb:YSO laser pumped by single-mode fiber laser,详细介绍了由单模光纤泵浦高功率亚100fs克尔透镜锁模Yb:YSO激光器所产生的激光性质,飞秒激光器测量,以及该激光器的工作原理及特点,并分析了飞秒激光光束质量。这种激光器可提供高达2 W的平均功率,脉冲持续时间短至95 fs,重复频率为137.2 MHz,单脉冲能量为14.8 nJ,峰值功率为155.7千瓦 的激光。这个激光器的产生,证明了掺镱硅酸钇晶体(Yb:YSO)具有产生小于100fs脉冲,多瓦级平均功率激光的潜力。

激光内部结构的示意图如图所示。在改进的X-折叠实验中采用了七镜无棱镜腔。C1C2为具有100 mm曲率半径(ROC)的二向色凹面镜,这个镜片在1020-1100 nmR>99.9%)区域具有高反射率,在800-1000 nmR<5%)的范围内具有高透射率。C1能够确保直接记录泵后面的未吸收泵浦功率的激光效果。经过C2的光通过GTI1GTI2,GTI1GTI2(来自LAYERTEC GmbH)是用于腔内色散补偿的Gires Tournois干涉仪镜,能够补偿−550 fs2−800 fs2每个反弹光的色散(GDD)。C3是一面具有300 mm的曲率半径(ROC)的凹面镜,在1020-1100纳米区域涂有高反射率涂层(R>99.9%)。最后经过HR是一个具有高反射率的平面反射后由C1射出。射出的光大约1020-1100 nm经过具有10%的透射率楔形输出耦合器(OC)。OC的轻微楔入有助于避免干扰模式锁定来自背面反射。CW运行时的光束束腰半径(忽略计算了Yb:YSO晶体中心的克尔透镜效应(Kerr透镜效应)为31x36μm1/e2)基于大于聚焦泵浦光的矩阵ABCD,会轻易的形成一个软孔。总腔长约为1093mm,重复频率为137.2 MHz。这种飞秒激光器测量也是研发过程中的一个重要问题。


为了检测飞秒激光光束质量,在测量输出激光的空间分布时,采用了多轴刀口式光斑分析仪(Beam Analyzer USB, Duma Optronics Ltd.)进行飞秒激光器测量。如图 3(b) 所示,其中对角线标记为 V W是沿其行进和测量的轴。飞秒激光光束轮廓具有椭圆形轮廓,这是由于两个折叠的凹面镜的散光原因造成的。此外,水平和垂直的两个方向上光斑大小分别为 625 μm 1340 μm (1/e2水平)。

此外通过光束轮廓和锁模能够展示不同泵浦功率下的性能。在描绘飞秒激光光束轮廓图时,用到了以色列杜马光电(Duma OptronicsBeam Analyzer USB, 该仪器能够层析图像重建2D/3D图像,测量光束剖面,光束尺寸,形状,位置和能量。而且配有专用软件,光斑分析采样器,光纤适配器,以及连接线,能够实现即插即用的快捷使用方式。能够测量的光谱范围是800-1800nm,光斑直径3-5um,分辨率高,精度也准确,在目前高校研究所的研究中被广泛应用。并且这款刀口式光束分析仪还可以选择带有LCD 7英寸宽触屏移动端的特殊型号,无需链接电脑,由触摸屏移动端操作仪器的运行,内置运行程序及软件,移动端触摸屏分辨率800*400,对比度350:1windows 7 pro4Xrs-2322xLAN端口的工业设备。以下是刀口式光斑分析仪Beam Analyzer规格参数:

激光类型

CW

光束宽度分辨率

光束直径>100μm1μm

光束直径<100μm0.1μm

光束尺寸

3µm-5mm for BA3-Si and BA3-UV

15µm-10mm for BA7-Si and BA7-UV (Oval)

15µm-9mm for BA7-Si and BA7-UV (Round)

3µm-3mm for BA3-IR3 and BA3-IR3-E

15µm-3mm for BA7-IR3 and BA7-IR3-E

3µm-5mm for BA3-IR5

15µm-5mm for BA7-IR5

15μm-9mm for BA7-IR10

光谱响应

Si 350-1100nm

UV-Si 190-1100nm

IR 800-1800nm

IR Enhanced (E) 1200-2700nm

传感器有效探测面积

3-10

刀口数

3刀口(BA3)或7刀口(BA7

增益

自动控制

帧数

5 fps

功率范围

10μW~5mW(无衰减)

传感器类型

Silicon (Si),

UV-Silicon (UV-Si)

InGaAs (IR)

IR Enhanced (IRE)

光束宽度精度

±2

功率精度

±10

位置精度

1μm

像素尺寸

根据光束尺寸自适应

像素位置深度

12 bits

尺寸(mm

105×87×35(探测器)





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