MIKS系列MPC飛秒脈沖壓縮器案例展示-上海屹持光電技術(shù)有限公司

MIKS系列MPC飛秒脈沖壓縮器案例展示

2024-05-16 10:47:24

MIKS系列MPC飛秒脈沖

詳細介紹

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)

輸出光束輪廓

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)

輸出光束輪廓

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)

輸出光束輪廓

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）

光束指向（短期，30 秒）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。