MIKS系列MPC飛秒脈沖壓縮器案例展示
1、MIKS1_XS @ TruMicro 2030 (Trumpf Laser)
我們展示了由 TruMicro 2030 飛秒激光器泵浦的 MIKS1_XS 模塊的性能。峰值功率可提高 3.5 倍,效率超過(guò) 80%。自相位調制頻譜和脈沖壓縮如下圖所示。
TruMicro 2030輸入
280 fs、1 uJ、1.2 W、1 MHz
MIKS1_XS輸出
61 fs、0.8 uJ、0.9 W、1 MHz
輸入頻譜與輸出頻譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
2、MIKS1_S @ Pharos (Light Conversion)
在本節中,我們介紹了由PHAROS激光器泵浦驅動(dòng)的的MIKS1_S模塊的性能。壓縮輸出脈沖持續時(shí)間達到40fs,功率傳輸效率超過(guò)90%。輸入脈沖230 fs輸出40fs,最終峰值功率相當于增加到2 GW。下圖顯示了類(lèi)似教科書(shū)的自相位調制頻譜和出色的脈沖壓縮。
Pharos輸入
230 fs,95 uJ,9.5 W
MIKS1_S輸出
40 fs,89 uJ,8.9 W
輸入頻譜與輸出頻譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
位置穩定性
跟蹤梁橫截面的質(zhì)心大約需要1小時(shí),MIKS1_S 輸出孔徑后方 1 米處,請注意,質(zhì)心波動(dòng)的標準偏差小于光束直徑的 1% (1/e2)。
輸出功率穩定度輸出頻譜穩定性
3、MIKS1_S @ Monaco (Coherent)
在這里,我們展示了由Monaco飛秒激光器泵浦驅動(dòng)MIKS1_S 模塊的性能。峰值功率可提高 6 倍,效率超過(guò) 95%。自相位調制頻譜和脈沖壓縮如下圖所示。
輸入碳化物
320 fs,80 μJ,60 W
輸出 MIKS1_S
52 fs,77 μJ,58 W
輸入光譜與輸出光譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
輸出光束輪廓
4、MIKS1_S @ Tangor (Amplitude)
這里我們展示了由 Amplitude 飛秒激光器泵浦驅動(dòng)MIKS1_S 模塊的性能。壓縮輸出脈沖持續時(shí)間達到 138 fs,功率傳輸率為 96%。輸入脈沖485 fs輸出138 fs,最終峰值功率相當于增加 3.4 倍。自相位調制頻譜和脈沖壓縮如下圖所示。
輸入 Tangor |
485 fs,150 uJ,10 W |
輸出 MIKS1_S |
138 fs,144 μJ,9.6 W |
輸入頻譜與輸出頻譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
5、MIKS1_S @ TruMicro 2030 (Trumpf Laser)
這里我們展示了由 TruMicro2030 光纖飛秒激光器泵浦驅動(dòng)MIKS1_S 模塊的性能。通過(guò)將帶寬增加到 45 nm 以上,可以實(shí)現 52 fs 的脈沖持續時(shí)間,并超過(guò) 90% 的傳輸率。
輸入 TruMicro 2030 |
950 fs、50 uJ、10 W |
輸出 MIKS1_S |
52 fs、45 uJ、9 W |
輸入頻譜與輸出頻譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
6、MIKS1_S @ Dira 200-100 (Trumpf Scientific Laser)
下面我們介紹從我們的 MIKS1_S 模塊獲得的結果,該模塊由 Dira 200-100 飛秒激光器泵浦驅動(dòng)。我們成功地將峰值功率顯著(zhù)提高了 11 倍以上,同時(shí)保持了超過(guò) 95% 的令人印象深刻的效率。下圖說(shuō)明了通過(guò)我們的實(shí)驗實(shí)現的自相位調制頻譜和脈沖壓縮。
輸入 Dira 200-100 |
1.000 fs、200 uJ、20 W、100 kHz |
輸出 MIKS1_S |
92 fs、190 uJ、19 W、100 kHz |
輸入頻譜與輸出頻譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
輸出光束輪廓
7、MIKS1_S @ FemtoFiber vario 1030 (TOPTICA Photonics)
在本節中,我們將展示FemtoFiber vario 1030 飛秒激光器泵浦驅動(dòng)MIKS1_S 模塊的性能。壓縮輸出脈沖持續時(shí)間達到 40 fs,功率傳輸率超過(guò) 90%。從 200 fs 輸入脈沖開(kāi)始,這對應于峰值功率增加 4 倍。自相位調制頻譜和脈沖壓縮如下圖所示。
輸入 FemtoFiber Vario |
200 fs、10 μJ、10 W |
輸出 MIKS1_S |
40 fs、9 μJ、9 W |
輸入頻譜與輸出頻譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
8、MIKS1_S @ neoMOS SMAART (neoLASE)
在這里,我們展示了由 neoLASE neoMOS SMAARTlaser 飛秒激光器泵浦驅動(dòng)MIKS1_S 模塊的性能。峰值功率可提高七倍,效率超過(guò) 90%。自相位調制頻譜和脈沖壓縮如下圖所示。
輸入 neoMOS SMAART |
900 fs、170 μJ、52 W |
輸出 MIKS1_S |
100 fs、155 μJ、47 W |
輸入頻譜與輸出頻譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
9、MIKS1_S @ INDYLIT 10 (Litilit)
這里我們展示了由 INDYLIT 10 固態(tài)激光器泵浦驅動(dòng) MIKS1_S 模塊的性能。壓縮輸出脈沖持續時(shí)間達到 50 fs,功率傳輸率超過(guò) 90%。從 420 fs 輸入脈沖開(kāi)始,這對應于峰值功率增加 6 倍。自相位調制頻譜和脈沖壓縮如下圖所示。
輸入 INDYLIT 10 |
420 fs、100 μJ、10 W |
輸出 MIKS1_S |
50 fs、93 μJ、9.3 W |
輸入頻譜與輸出頻譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
10、MIKS1_S @ Carbide (Light Conversion)
這里我們展示了由Carbide 飛秒激光器泵浦驅動(dòng)MIKS1_S 模塊的性能。峰值功率可提高 4 倍,效率超過(guò) 98%。自相位調制頻譜和脈沖壓縮如下圖所示。
輸入碳化物 |
200 fs,15 μJ,6 W |
輸出 MIKS1_S |
52 fs,14.7 μJ,5.9 W |
輸入光譜與輸出光譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
輸出光束輪廓
11、MIKS1_S @ FemtoLux 30 (EKSPLA)
在這里,我們展示了由 EKSPLA 飛秒激光器泵浦驅動(dòng)MIKS1_S 模塊的性能。峰值功率可提高 7 倍,效率超過(guò) 90%。自相位調制頻譜和脈沖壓縮如下圖所示。
輸入 FemtoLux 30 |
350 fs,100 μJ,20 W |
輸出 MIKS1_S |
50 fs,90 μJ,18 W |
輸入光譜與輸出光譜曲線(xiàn) 典型 FROG 跡線(xiàn)
12、MIKS1_S @ FX-Series (Edge Wave)
在這里,我們展示了由FX-Series 飛秒激光器泵浦驅動(dòng) MIKS1_S 模塊的性能。脈沖持續時(shí)間為 220 fs,傳輸率超過(guò) 95%。自相位調制頻譜和脈沖壓縮如下圖所示。
輸入 FX 系列 |
500 fs、86 uJ、0.86 W、100kHz |
輸出 MIKS1_S |
220 fs、83 uJ、0.83 W、100kHz |
輸入頻譜與輸出頻譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
13、MIKS1_L @ A2000 (Amphos)
在這里,我們展示了由 Amphos 皮秒激光器泵浦驅動(dòng) MIKS1_L 模塊的性能。壓縮輸出脈沖持續時(shí)間達到 82 fs,功率傳輸率為 85%。從 1 ps 輸入脈沖開(kāi)始,這對應于峰值功率增加 10 倍。自相位調制頻譜和脈沖壓縮如下圖所示。
輸入 Amphos |
1 ps、1 mJ、100 W |
輸出 MIKS1_S |
82 fs、850 μJ、85 W |
輸入頻譜與輸出頻譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
輸出光束輪廓
14、MIKS1_L @ Pharos (Light Conversion)
在本節中,我們將介紹采用 Light Conversion 飛秒激光器泵浦驅動(dòng) MIKS1_L 模塊的性能,壓縮輸出脈沖持續時(shí)間達到 40 fs,功率傳輸率超過(guò) 90%。
在充氣多通道池 (MPC) 中,輸入光譜通過(guò)自相位調制拓寬,達到 40 fs 的傅里葉變換極限。在進(jìn)入啁啾鏡壓縮器之前,脈沖能量通過(guò)楔形板前側的菲涅耳反射降低至約 10 μJ。
MIKS1_L 裝置的前面及后面,通過(guò) 400 mm 鏡頭的傅里葉平面中的兩臺攝像機同時(shí)測量 30 分鐘以上的光束指向。可以清楚地看到,脈沖縮短模塊之后的指向與激光器在該時(shí)間尺度上的指向相當,大約為<20μrad]。只有盡可能地屏蔽MPC前后的整個(gè)光束路徑,使其免受氣流的影響,才能獲得這些優(yōu)異的值。在這場(chǎng)特殊的戰役中,光束路徑屏蔽是用鋁箔臨時(shí)制作的。
重要的是,由于有限的光束時(shí)間,只有一小部分輸出光束被壓縮,從而使壓縮器中的峰值功率較低,并且啁啾鏡上的光束尺寸較小。對于現實(shí)場(chǎng)景,有必要將啁啾鏡壓縮器盡可能靠近應用放置,以減少光束在空氣中的傳播,或將其直接放置在實(shí)驗(真空)室中。我們計劃用2mJ/250fs輸入脈沖進(jìn)行更多的測量和長(cháng)期測試。并不斷改進(jìn)和迭代,許多呈現的結果都在進(jìn)行中。
輸入Pharos |
620 fs(從170 fs延伸),1 mJ,10 W,10 kHz |
輸出MIKS1_L |
41 fs,0.98 mJ,9.82 W |
輸入頻譜與輸出頻譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
輸出光束輪廓
光束指向(長(cháng)期,30 分鐘)左圖為輸出。右圖為輸入。
左:x 方向的質(zhì)心波動(dòng)(上),y 方向的質(zhì)心波動(dòng)(下)
右:質(zhì)心位置的二維直方圖(上),質(zhì)心波動(dòng)的功率譜(下)
15、MIKS12 @ Pharos (Light Conversion)
在本節中,我們將展示帶有 PHAROS 飛秒激光器泵浦驅動(dòng) MIKS12 模塊的性能。壓縮輸出脈沖的持續時(shí)間達到 20 fs 以下,功率傳輸率超過(guò) 85%。通過(guò)將帶寬增加到 200 nm 以上,可以實(shí)現 17 fs 的脈沖持續時(shí)間。
輸入 PHAROS |
260 fs,20 uJ,60 kHz |
輸出 MIKS12 |
17 fs,16.4 uJ,60 kHz |
輸出頻譜曲線(xiàn) 輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
16、MIKS12_UP @ Pharos (Light Conversion)
在這里,我們展示了由 Pharos 飛秒激光器泵浦驅動(dòng) MIKS12_UP 模塊的性能。壓縮輸出脈沖持續時(shí)間達到 7 fs,功率傳輸率為 83%。從 230 fs 輸入脈沖開(kāi)始,這對應于峰值功率增加 27 倍。自相位調制頻譜和脈沖壓縮如下圖所示。
輸入 PHAROS |
230 fs, 12 uJ, 1 MHz |
輸出 MIKS12_UP |
7 fs, 10 uJ, 1 MHz |
輸入頻譜與輸出頻譜曲線(xiàn) 輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
17、MIKS1_XS @ Ti:Sa Laser (Simulations)
在這里,我們展示了由鈦藍寶石飛秒激光器泵浦驅動(dòng) MIKS1_XS 模塊的潛在性能。我們考慮脈沖壓縮器輸入端相對較短的 40 fs 脈沖。峰值功率可提高 4.6 倍,效率超過(guò) 90%。本質(zhì)上,這意味著(zhù)在這種情況下我們可以使用寬帶色散介質(zhì)鏡。壓縮器前后的頻譜以及理論上壓縮的 8.3 fs 輸出脈沖如下所示。當然,也可以具有更強或更弱的自相位調制,這樣可以獲得更短或更長(cháng)的脈沖。
鈦藍寶石激光器 |
40 fs、5 uJ、250 kHz |
輸出 MIKS1_XS |
8.3 fs、4.8 uJ、250 kHz |
模擬輸入頻譜與輸出頻譜曲線(xiàn) 模擬輸入自相關(guān)與輸出自相關(guān)曲線(xiàn)
18、Dispersion Compensation for Micromachining Setup
在這里,我們展示了由硬質(zhì)合金飛秒激光器泵浦驅動(dòng) MIKS1_S 模塊的性能。峰值功率可增加 4 倍,效率可達 95%。自相位調制頻譜和脈沖壓縮如下圖所示。
最重要的是,我們補償了微加工裝置中的光學(xué)器件引入的額外色散。這樣我們就可以在實(shí)際工件上實(shí)現低于 100 fs 的脈沖持續時(shí)間。
激光脈沖在材料中傳播時(shí)會(huì )經(jīng)歷色散,即不同波長(cháng)的群速度不同。這種效應會(huì )在時(shí)域中拉伸脈沖。一般來(lái)說(shuō),較短的脈沖和較寬的頻譜更容易受到這種影響。常用的微加工裝置包含多個(gè)此類(lèi)元件,例如擴束器或 f-theta 透鏡。因此,有必要考慮色散,以受益于工件上的超短激光脈沖。
輸入碳化物 |
400 mW、40 μJ、10 kHz、230 fs |
輸出 MIKS1_S |
380 mW、38 μJ、10 kHz、50 fs |
附加微加工設置:
- 擴束器
- Galvo掃描儀
- F-Theta 透鏡
微加工設置后的輸出光譜曲線(xiàn) 微加工設置后的輸出脈沖持續時(shí)間
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脈沖壓縮與光譜展寬:
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