我们的附加脉冲压缩器可兼容多种超快工业激光器。
本界面通过实验展示了我们的附加脉冲压缩器在多种超快工业激光器条件下的兼容性及其卓越性能。
MIKS1_L_HP (45 fs)
@ Carbide (2 mJ, 80 W)
(Light Conversion)
MIKS1_XL ( 30 fs )
@ Pharos (4 mJ, 20 W)
(Light Conversion)
MIKS1_XS ( 10 fs)
@ FLINT (5 W)
(Light Conversion)
MIKS1_S
@ Pharos
(Light Conversion)
MIKS1_S
@ Monaco
(Coherent)
MIKS1_S
@ Tangor
(Amplitude)
MIKS1_S
@ Satsuma
(Amplitude)
MIKS1_S
@ TruMicro 2030
(Trumpf Laser)
MIKS1_S
@ DIRA 200-100
(Trumpf Scientific Lasers)
MIKS1_S
@ FemtoFiber vario 1030
(TOPTICA Photonics)
MIKS1_S
@ neoMOS SMAART
(neoLASE)
MIKS1_S
@ INDYLIT 10
(Litilit)
MIKS1_S
@ Carbide
(Light Conversion)
MIKS1_S
@ FemtoLux 30
(EKSPLA)
MIKS1_S
@ FX-Series
(Edge Wave)
MIKS1_S
@ FemtoLux 30
(EKSPLA)
MIKS1_L
@ A2000
(Amphos)
MIKS1_L
@ Pharos
(Light Conversion)
MIKS12
@ Pharos
(Light Conversion)
MIKS12_UP (<7 fs)
@ Pharos
(Light Conversion)
MIKS12_UP synchronized to
@ Carbide with OPA
(Light Conversion)
MIKS1_XS
@ TruMicro 2030
(Trumpf Laser)
MIKS1_XS
@ Ti:Sa Laser
(Feasibility Study)
微加工系统的色散补偿
全新展示即将发布,敬请期待!
本节介绍了小型多程脉冲压缩器 MIKS1_S 与 PHAROS 激光器配合使用时的性能表现:
经过我们的附加模块压缩后的输出脉冲宽度可达 40 fs,功率传输效率超过 90%。在输入脉冲宽度为 230 fs 的条件下,峰值功率提升至最高约 2 GW。下方图像展示了典型的自相位调制光谱以及优异的脉冲压缩效果。
MIKS1_S 输入脉冲(来自 PHAROS激光器): 230 fs, 95 uJ, 9.5 W
MIKS1_S 输出脉冲: 40 fs, 89 uJ, 8.9 W
输出光谱稳定性
本节展示了 MIKS1_S 模块与 FemtoFiber Vario 1030 激光器搭配时的性能表现:
我们的附加模块可将 200 fs 的输入脉冲压缩至 40 fs,同时保持超过 90% 的功率传输效率,实现约 4 倍的峰值功率提升。相关图表展示了自相位调制光谱以及高质量的脉冲压缩效果。
MIKS1_S 输入脉冲(来自 FemtoFiber Vario 激光器): 200 fs, 10 μJ, 10 W
MIKS1_S输出脉冲: 40 fs, 9 μJ, 9 W
本文展示了 MIKS1_S 模块在 EKSPLA 激光器驱动下的性能:
我们的附加模块在效率超过 90% 的条件下,实现了约 7 倍的峰值功率提升。以下图片展示了自相位调制(SPM)后形成的光谱以及相应的脉冲压缩结果。
MIKS1_S 输入脉冲(来自 FemtoLux 30 激光器) : 350 fs, 100 μJ, 20 W
MIKS1_S输出脉冲: 50 fs, 90 μJ, 18 W
本节展示了 MIKS1_XS 模块在钛宝石(Titanium Sapphire)飞秒激光器驱动下的潜在性能:
在输入脉冲宽度为 40 fs 的条件下,我们的附加模块在效率超过 90% 的情况下,可实现约 4.6 倍的峰值功率提升。这意味着在该工作条件下可采用宽带色散型介质反射镜。以下图片展示了脉冲压缩前后的光谱,以及理论上可获得的 8.3 fs 压缩输出脉冲。此外,通过增强或减弱自相位调制(SPM)效应,还可实现更短或更长的输出脉冲。
MIKS1_XS 输入脉冲(钛宝石激光器):40 fs,5 µJ,250 kHz
MIKS1_XS 输出脉冲(理论值):8.3 fs,4.8 µJ,250 kHz
本节展示了 MIKS1_S 模块在 Carbide 激光器驱动下的性能:
我们的附加模块在效率约 95% 的条件下,实现了约 4 倍的峰值功率提升。以下图片展示了自相位调制(SPM)后形成的光谱以及相应的脉冲压缩结果。
此外,我们进一步补偿了微加工系统中光学元件所引入的额外色散,从而在实际工件位置实现了亚 100 fs 的脉冲宽度输出。
激光脉冲在材料中传播时会经历色散效应,即不同波长对应不同的群速度,从而导致脉冲在时间域上展宽。通常而言,脉冲越短、光谱越宽,对色散的敏感性越高。常见的激光微加工系统包含多个引入色散的光学元件,例如扩束器或 f-theta 透镜。因此,只有对系统整体色散进行合理补偿,才能在工件处充分发挥超短激光脉冲的优势。
MIKS1_S 输入脉冲(Carbide):400 mW,40 µJ,10 kHz,230 fs
MIKS1_S 输出脉冲:380 mW,38 µJ,10 kHz,50 fs
附加微加工光学系统:
扩束器
振镜扫描系统
F-theta 透镜
本节展示了 MIKS1_L 模块在 Light Conversion 公司 PHAROS 高能量激光器驱动下的性能:
我们的附加模块在功率传输效率超过 90% 的条件下,实现了 40 fs 的输出脉冲压缩效果。
在充气多程池(Multipass Cell-MPC)中,输入光谱通过自相位调制(SPM)得到展宽,使脉冲达到 40 fs 的傅里叶变换极限。在进入啁啾镜压缩器之前,通过楔形板前表面的菲涅耳反射将脉冲能量降低至约 10 µJ,以保证压缩器内的峰值功率较低,并在啁啾镜上保持较小的光斑尺寸。
通过在 400 mm 焦距透镜的傅里叶平面放置两台相机,同时对 MIKS1_L 模块前后光束的指向稳定性进行了为期 30 分钟的测量。结果表明,脉冲压缩模块后的光束指向稳定性与激光器本身在该时间尺度上的表现相当,指向波动约小于 20 µrad。如此优异的稳定性主要得益于对 MPC 前后整个光路进行了尽可能充分的气流隔离。在本次实验中,光路防护采用了铝箔进行临时遮挡。
需要指出的是,由于实验光束时间有限,本次实验仅对输出光束中的一小部分进行了压缩,以降低压缩器中的峰值功率,并减小啁啾镜上的光斑尺寸。在实际应用场景中,建议将啁啾镜压缩器尽可能靠近应用位置,以减少光束在空气中的传播距离,或直接将其放置于实验(真空)腔体内。
我们目前仍计划开展更多测试,包括使用 2 mJ / 250 fs 输入脉冲进行的长时间稳定性实验。相关工作仍在持续进行中。
MIKS1_L 输入脉冲(PHAROS):620 fs(由 170 fs 展宽),1 mJ,10 W,10 kHz
MIKS1_L 输出脉冲:41 fs,0.98 mJ,9.82 W
输出光谱稳定性
输出光束 M² 测量
脉冲压缩器输入端(屏幕左半部分)
上:400 mm 焦距透镜傅里叶平面处的光束分布,1 个像素对应 13 µrad 的角度偏移
下:光束稳定性分析
左:x 方向质心位置波动(上),y 方向质心位置波动(下)
右:质心位置二维直方图(上),质心位置波动的功率谱(下)
脉冲压缩器输出端(屏幕右半部分)
上:400 mm 焦距透镜傅里叶平面处的光束分布,1 个像素对应 13 µrad 的角度偏移
下:光束稳定性分析
左:x 方向质心位置波动(上),y 方向质心位置波动(下)
右:质心位置二维直方图(上),质心位置波动的功率谱(下)
本节展示了多程池(MPC)光谱展宽与脉冲压缩模块在 Satsuma(Amplitude)激光器驱动下的性能:
我们的附加模块在功率传输效率超过 95% 的条件下,将 290 fs 的输入脉冲压缩至约 50 fs,实现了约 5–6 倍的峰值功率提升。以下图片展示了自相位调制(SPM)后形成的光谱以及相应的脉冲压缩结果。
MIKS1_S 输入脉冲(Satsuma):19.8 W,40 µJ,287 fs
MIKS1_S 输出脉冲:19.6 W,39 µJ,49 fs
此处展示了 Carbide 激光器脉冲被压缩至小于 10 fs 的结果。
其独特之处在于,该 10 fs 的超短脉冲输出与 Light Conversion 的光学参量放大器(OPA)实现了时间同步。
具体而言,激光束中的一部分被引入另一条光路,并通过一个未充气的多程池(空池)进行延时后用于抽运 OPA。该空池用于补偿由前两级脉冲压缩单元所引入的时间延迟,从而实现压缩脉冲与 OPA 输出之间的精确同步。
空池的功率传输效率为 97%,而第一级与第二级脉冲压缩单元的整体传输效率为 83%。
MIKS12 输入脉冲(来自 Carbide):80 W,40 µJ,250 fs
空池输出(OPA 抽运光):38.8 W,19.4 µJ,250 fs
MIKS12 输出脉冲(延时并与 OPA 同步):33.2 W,16.6 µJ,<10 fs
图片由雷根斯堡大学(University of Regensburg)的 Fabian Mooshammer 和 Rupert Huber 教授提供。
因此,第一阶段输出的亚 50 fs 脉冲被送入第二阶段,进一步产生亚 10 fs 的超短脉冲(采用 Sphere Photonics 的 D-Scan 进行测量)。最终脉冲被压缩至 8.2 fs,与傅里叶变换极限情况相比,主峰中保留了约 86% 的峰值功率。如下面图片所示,压缩后光谱覆盖范围从 850 nm 延伸至 1250 nm。
此外,我们对输出光束的 M² 因子进行了测量。需要指出的是,所使用的 Cinogy M² 测量系统基于硅相机探测器,对 1100 nm 以上波段的光谱不敏感,因此测量结果主要反映了较短波长部分的光束质量。
本节展示了单级 MIKS1_XS 多程池(MPC)脉冲压缩器在 Light Conversion 公司 FLINT 激光振荡器驱动下的性能:
该系统的输出光谱覆盖 800–1200 nm,整体传输效率超过 75%。其显著特点在于,MIKS1_XS 压缩器的输入脉冲能量仅为 400 nJ (FLINT 激光振荡器)。该系统在 10 MHz 的高重复频率和超过 4 W 的高平均功率条件下,仅以约 3–4 MW 的较低输入峰值功率运行。以下图片展示了输入/输出光谱对比以及理论傅里叶变换极限(FTL)条件下的脉冲压缩结果。
应用:
该光源在多光子显微成像以及相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微等应用中具有较高的应用潜力。
MIKS1_XS 输入脉冲(FLINT):118 fs,400 nJ,4 W,10 MHz
MIKS1_XS 输出脉冲(理论 FTL):8.2 fs,296 nJ,10 MHz
此外,我们对输出光束的 M² 因子进行了测量。鉴于所采用的 Cinogy公司的 M² 测量系统基于硅相机探测器,其对 1100 nm 以上波段不具备响应能力,因此测量结果主要反映较短波长部分的光束质量。
本节展示了 MIKS1_XL 脉冲压缩模块与 Light Conversion 公司 PHAROS 飞秒激光器组合使用时的性能:
输入脉冲宽度为 250 fs、单脉冲能量为 4 mJ 的激光脉冲在该系统中被压缩至亚 30 fs,对应的脉冲压缩倍数超过 8。
MIKS1_XL 输入脉冲(PHAROS):20 W,4 mJ,250 fs
MIKS1_XL 输出脉冲:19 W,3.8 mJ,<30 fs
通过气体介质中的自相位调制(SPM)实现光谱展宽,获得了宽带输出光谱,随后被重新压缩至接近傅里叶变换极限。对输入与输出光谱以及自相关函数的测量结果清晰地表明了显著的时间压缩和光谱展宽效果,如下图所示。
此外,我们还对输出光束的 M² 因子进行了表征。M² 测量结果表明,在满功率、满能量工作条件下,且脉冲宽度小于 30 fs 时,输出光束的 M² 值低于 1.4,约为直接在激光器输出端测得初始 M² 值的 80%。
本节展示了 MIKS1_L_HP 模块在 Light Conversion 公司 Carbide 飞秒激光器驱动下的性能:
我们的附加模块在功率传输效率超过 95% 的条件下,实现了超过 6 倍的峰值功率提升。该多程池(MPC)脉冲压缩模块可输出 45 fs 的超短脉冲,单脉冲能量达 1.9 mJ,平均功率为 76 W。
MIKS1 L HP 输入脉冲(Carbide):80 W,2 mJ,300 fs
MIKS1 L HP 输出脉冲:76 W,1.9 mJ,45 fs
相对峰值功率为 92%,定义为实验获得的峰值功率与理论傅里叶变换极限(FTL)条件下峰值功率之比。该参数通过 Sphere Photonics 公司的 D-Scan 仪器测量得到,也称为 Strehl 比。
此外,光束的指向/位置稳定性表现出色:在 30 分钟的测量时间内,光束中心位置的波动小于光束直径的 3%,光束角度偏移小于 40 µrad。主要的波动来源于激光器与压缩器之间,以及压缩器与测量系统之间空气气流的影响。
通过对激光器与压缩器之间的光路进行管道式封闭遮蔽,并对系统进行温度稳定控制,在 9 小时的长期测量中,光束指向(角度)波动的 RMS 值可降至 <5 µrad。
光束角度稳定性(9 小时)及其数值分布。
输出功率稳定性在光学楔形片之后进行测量,由此导致初始功率约 8% 的损耗。尽管如此,系统仍表现出极高的稳定性,功率波动仅为 0.093%,这进一步验证了该配置在高要求应用中的适用性。