Dataray光束分析儀與海洋光學光譜儀對YbYAG激光器前端激光系統研究_abio生物試劑品牌網
近日，北京大學在Optics Express上發表了論文[2]，展示了一種基于 Yb:YAG 固體激光器的高對比度前端激光系統，采用超快 Yb:YAG 固體激光器通過白光生成（WLG）產生寬譜光源，然后在1600納米附近對信號光進行三級共線光學參量啁啾脈沖放大（OPCPA）。最后，通過飛秒倍頻（SHG）獲得中心波長為 795 納米、脈沖寬度為 40.2 飛秒、在 1 納秒內對比度基線接近 10?12的激光輸出。
該系統如下圖所示：
該圖包含了3個部分：白光超連續譜生成（WLG）、三級光學參量啁啾脈沖放大（OPCPA1、OPCPA2、OPCPA3）和二次諧波生成（SHG），Yb:YAG激光器的輸出光束中心波長1030.1nm，輸出能量3.0mJ，脈寬1.5ps，然后注入WLG系統中。然后約為10μJ的1030nm泵浦光通過透鏡聚焦到晶體上（光譜區域可至2250nm）。接著，在OPCPA1系統中光束被篩選和準直，然后與泵浦光一起聚焦在厚度為2.5 mm的非線性晶體MgO:PPLN上，實現了以1600nm為中心的0型準相位匹配，使信號光放大到約2.6μJ。M1和DM5調節第一級泵浦光的空間方向，與晶體上的信號光精確共線重疊。DL1調節第一級泵浦光的光路長度，使其與1600nm中心波長附近的信號光在時間上同步OPCPA2還采用了0型準相位匹配MgO:PPLN晶體，滿足中心波長1600nm。與OPCPA1不同的是晶體厚度為1.5mm，經過OPCPA2后，當泵浦光能量約為450μJ時，信號光可放大到約67μJ。在SHG之前，利用一組超寬帶啁啾反射鏡將脈沖壓縮到小于45fs。隨后，考慮到效率和帶寬，選擇了相匹配的BBO晶體用于SHG。晶體切割角度為19.8°，產生的脈沖約為94μJ，以795nm為中心，頻寬約為37nm。此外，整個激光系統非常緊湊，占地面積僅約1.56 m2 (1.2mx1.3m)，這有利于微型化超高強度激光系統。
上圖顯示了OPCPA系統各個階段的光譜演變，檢測設備是海洋光學的NIRQUEST系列的光譜儀。
Yb:YAG泵浦源（Yokogawa, AQ6370B）的光譜心波長為1030.1nm，光譜頻寬約為1.4nm。在YAG棒上產生WLG后，從中濾出的1400nm-1800nm光譜區域依次進入OPCPA三段式放大過程，其中黑色、藍色和橙色分別代表OPCPA1、OPCPA2和OPCPA3的輸出光譜。為了在放大過程中增加頻譜寬度，我們利用信號的啁啾特性，實現各自增益中心波長的藍移和紅移。這使得OPCPA級的輸出光譜以1610 nm為中心，FWHM約為97 nm。SNS調制后的頻譜如圖c所示。SNS在光譜分布的1582 nm中心處出現了深度約30-40%的凹陷。同時，短波部分的光譜相對擴大，中心波長向1592 nm移動。激光系統的最終光譜如圖d所示，中心波長約為795 nm，FWHM約為37 nm。
使用飛秒脈沖測量設備來診斷輸出脈沖的光譜相位和時間分布，如上圖所示，圖(a)顯示了光譜兩端的非光滑相位，而圖(b)顯示了實際脈沖寬度約為40 fs。
光束質量和穩定性也是評判激光的重要指標，這里使用的設備是DataRay的WinCamD-LCM。
通過點中心的水平(X)和垂直(Y)采樣都是高斯分布。從實際的角度來看，確保光束穩定的前端對于大型激光系統的性能至關重要。使用f = 200 mm鏡頭，每10秒記錄一次焦點中心位置，持續3小時（DataRay,WinCamD -LCM），放大8倍的遠場剖面圖如圖c左上角所示，光束指向穩定性約為2.7 μrad (RMS)，其中X方向約為1.9μrad，Y方向約為1.8μrad，具有良好的方向穩定性，沒有明顯的偏置。這種優異的穩定性可歸因于Yb: YAG泵浦激光器的高性能激光系統。
綜上所述，這篇論文報告了一個高對比度激光系統，由于結合了泵浦、OPCPA和SHG技術，該系統的整體性能非常卓越，其中心波長為795nm，寬帶寬為37nm，在1ns時間尺度上的長期ASE基線接近10-12。因此，該激光系統適合作為超高強度Ti：藍寶石晶體終端放大激光系統的高質量前端。
參考文獻
1. 李興旺, 楊國利, 韓劍鋒, 王永國, 畢海, 徐學珍. 提拉法生長直徑 10 英寸優質 Yb∶ YAG 激光晶體. 人工晶體學報 2023; 52(4):547-549.
2. Zhang H, Wu M, Geng Y, Chen C, Guo Y, Zhao Y, et al. High-contrast front end based on Yb: YAG solid-state laser for PW-level Ti: sapphire laser. Optics Express 2025; 33(2):3227-3237.
海洋光學 NIRQuest
Ocean Optics 海洋光學總部位于美國佛羅里達州，是微型光纖光譜儀的發明者，二十多年來仍然保持全球領先地位。海洋光學提供了從深紫外、可見到近紅外的光譜測量方案，可用于吸光度、反射率、透射率、熒光和拉曼光譜的測量。由于微型光譜儀體積小巧，可對全譜進行快速采集，非常適用于在線、原位、便攜等應用領域。產品廣泛用于生化、光電、航空航天、環境保護、安全檢測、農業等行業。
NIRQuest+ 是 Ocean Insight 的下一代 NIR 光譜儀。NIRQuest+ 系列采用改進的光學工作臺設計，可實現更高的靈敏度性能，并提供非常適合 NIR 應用的配置。
NIRQuest+ 提供三種版本，涵蓋 900-2450 nm 的不同波長。這些光譜儀非常適合各種應用，包括水果分選的水分含量、塑料回收和化學濃度測量。光譜儀可用于實驗室或生產線上，例如在傳送帶上或樣品流中。可以測量吸收信號的非常小的變化，這是 NIR 中典型的諧波泛音。其更高的靈敏度可實現更好的測量精度，尤其是在弱光條件下。此外，在較長的波長下，NIRQuest+可在低噪聲水平下測量漫反射，從而在難以捕獲不同光譜特征的波長下獲得更清晰的光譜。
NIRQuest+是多功能的近紅外光譜儀，適用于從水分檢測到激光測量的應用，它的響應從900-2500nm。另外有自定義和預配置的NIRQuest+可選。也可以測量吸收信號的非常小的變化，這是典型的諧波泛音在近紅外。其高靈敏度的特點可以得到更高的測量精度，特別是在低光條件下。此外，在長波段NIRQuest+的低噪聲適用于漫反射，在光譜特征很難捕捉的波段，可以獲取到更清晰的光譜。
| NIRQuest+1.7 | NIRQuest+2.2 | NIRQuest+2.5 | |
| 波長 | 900-1700 nm | 900-2200 nm | 900-2500 nm |
| 分辨率 | 3.13 nm FWHM(典型) | 5.47 nm FWHM(典型) | 6.25 nm FWHM(典型) |
| 積分時間 | 1 ms-120 s | 1 ms-1 s | 1 ms-200 ms |
| 信噪比 | 13000:1 (典型) | 10000：1（典型） | |
| 入口狹縫 | 25 μm | ||
| 尺寸 | 182 x 110 x 47 mm3 | ||
| 重量 | 1.18 kg (不帶電源) | ||
Dataray WinCamD-LCM
美國 DataRay 公司成立于1988年，專業提供激光光束分析儀器，對激光光束的光斑大小，形狀和能量分布等參數進行全面的測試和分析；可提供2D或3D的顯示，并對分析的結果進行打印輸出。適合各種各樣的激光光束，幫助你對你的激光光束的品質提供一個量化的結果。
WinCam D-LCM光束質量分析儀體現了Dataray的理念：為客戶提供價格合理且高質量的產品。自推出以來，它已成為最暢銷的旗艦產品。
WinCam D-LCM采用1英寸CMOS傳感器采用全局快門，使其適合連續/脈沖光，響應波長低至190nm并不會影響性能。
產品特點：
190 - 1610nm波長范圍，使用CMOS探測器
分辨率 2048 x 2048
有效面積 11.3 x 11.3 mm
像素尺寸 5.5 x 5.5 μm
信噪比 2500：1 （34 dB optical / 68 dB electrical）
全局快門，可測連續光，也可測脈沖光，帶觸發功能
搭配導軌后可測M2值
應用領域：
連續和脈沖激光輪廓分析
激光器和激光系統的現場維修
光學組裝和儀器對準
光束漂移記錄
M2測量
| 型號 | WinCam D-LCM |
| 波長 | 355 - 1150 nm |
| 分辨率 | 4.2MPIxel， 2048 x 2048 |
| 光學尺寸 | 1英寸 |
| 有效面積 | 11.3 x 11.3 mm |
| 像素尺寸 | 5.5 x 5.5 μm |
| 快門種類 | 全局 |
| 最大幀率 | 60 hz |
| 信噪比 | 2500：1 |
| 尺寸 | 46 x 46 x 20 mm |
| 重量 | 106 g |
| 軟件最低需求 | Windows 10 64位 |
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