Released 2015/1/26 Rev 2015/1/26
SpitLight OPO シリーズ

InnoLas社は、ナノ秒 OPO(光パラメトリック発振器)を完全なシステムの形で、または後付けのユニットとして提供しています。
システムには、ポンピングレーザー、周波数逓倍用モジュール、OPO 共振器等をコンパクトなケースに収めています。すべてのモジュールは中央の電源装置によって一括供給され、μ-コントローラを使用して制御されています。

標準的なシステムで、可視域(410 nm〜700 nm)赤外域(670 nm〜950 nm)、出力 5mJ - 100mJ、繰り返し 10 Hz 等選ぶことが出来ます。超高速位相調整モジュールは、チューニング範囲内でレーザーパルス出力の高速波長選択を可能にします。システムは各要素をモジュールで構成しており、顧客の要求に柔軟に対応することが出来ます。

これらモジュールは、ミッドバンド/ブロードバンドアウトレット、ファイバーインレット、シグナル/アイドラー/ポンプィングアウトレット等、多くのオプションが含まれています。他のイノラス社レーザーと同様、新しい OPO シリーズは、単純なセットアップ、ユーザーフレンドリーなソフトウェア、信頼出来る高い顧客サービスを介し保証されています。

  • コンパクト
  • 355/532nm 2波長で効率の良いポンピング
  • チューニング範囲 410-2500 nm
  • 波長選択速度が速いため
  • パルス毎波長選択が可能
  • 波長選択校正済み
  • 柔軟なシステム構成: お手持ちのレーザーを使った(Single-OPO) と、ポンピングソースを組み込んだモデル
      (DPSS-OPO:DPSS励起タイプと 600-OPO:フラッシュランプ高出力タイプ)

  • SpitLight DPSS OPO

    イノラス社 SpitLight DPSS をポンピングに使ったモデル。

  • ダイオード励起
  • 高繰り返し
  • 波長選択速度が速い
  • SpitLight 600 OPO

    イノラス社 SpitLight 600 をポンピングに使ったモデル。

  • フラッシュランプ励起
  • 高出力
  • 波長選択速度が速い
  • SpitLight Single OPO

    ポンピングに、お手持ちのレーザーを使うモデル。

  • アドオンによる後付けユニット
  • 小型で取り扱い容易
  • 波長選択校正済み

  • page 2 AkiTech LEO inc. 3-12-11 Hiyoshi-cho, Kokubunji-shi, Tokyo 185-0032 Phone:042-505-6042
    仕様 SpitLight DPSS OPO
    Model   DPSS OPO Broadband DPSS OPO Midband
    Laser ParameterRepetition Rate1-100 Hz1-100 Hz
    PumplaserEnergy @ 1064 nm250 mJ250 mJ
    Energy @ 532 nm150 mJ150 mJ
    Energy @ 355 nm70 mJ70 mJ
    Beam ParameterPulse Width< 9 ns< 9 ns
    Beam ProfileFlat-TopFlat-Top
    Beam Diameter (going in)< 6.5 mm @ 532 nm
    < 3.5mm @ 355 nm
    < 6.5 mm @ 532 nm
    < 3.5mm @ 355 nm
    OPOPulse Width Reduction0-3 ns0-3 ns
    Tuning Range
    (355 nm pumped)
    413-709 nm (signal)
    709-2500 nm (idler)
    413-709 nm (signal)
    709-2500 nm (idler)
    Tuning Range
    (532 nm pumped)
    675-1064 nm (signal)
    1064-2500 nm (idler)
    675-1064 nm (signal)
    1064-2500 nm (idler)
    Wavelength Shifting Time< 10 ms< 10 ms
    Line Width10-450 cm-1< 5 cm-1
    Signal Output Energy
    @ 450 nm (355 nm pumped)
    15 mJ10 mJ
    Signal Output Energy
    @ 750 nm (532 nm pumped)
    30 mJ25 mJ
    Operating ParametersDiode Lifetime2 years
    Electrical Supply208-240 VAC, 50 / 60 Hz, 2.5 kW
    Cooling Water8 L / min, 2-6 bar, < 20 ℃
    WeightLaser Head30 kg
    Power Supply50 kg
    DimensionsLaser Head750 x 317 x 125 mm
    Power Supply560 x 400 x 425 mm

    * 表示には、仕様変更 記載ミスがある場合があります。購入の際はお問い合わせ・御確認下さい。

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    仕様 SpitLight 600 OPO
    Model   600 OPO Broadband 600 OPO Midband
    Laser ParameterRepetition Rate1-20 Hz1-20 Hz
    PumplaserEnergy @ 1064 nm600 mJ600 mJ
    Energy @ 532 nm400 mJ400 mJ
    Energy @ 355 nm250 mJ250 mJ
    Beam ParameterPulse Width< 8 ns< 8 ns
    Beam ProfileFlat-TopFlat-Top
    Beam Diameter (going in)< 8 mm @ 532 nm
    < 6.5mm @ 355 nm
    < 8 mm @ 532 nm
    < 6.5mm @ 355 nm
    OPOPulse Width Reduction0-3 ns0-3 ns
    Tuning Range
    (355 nm pumped)
    413-709 nm (signal)
    709-2500 nm (idler)
    413-709 nm (signal)
    709-2500 nm (idler)
    Tuning Range
    (532 nm pumped)
    675-1064 nm (signal)
    1064-2500 nm (idler)
    675-1064 nm (signal)
    1064-2500 nm (idler)
    Wavelength Shifting Time< 50 ms< 50 ms
    Line Width10-450 cm-1< 5 cm-1
    Signal Output Energy
    @ 450 nm (355 nm pumped)
    60 mJ50 mJ
    Signal Output Energy
    @ 750 nm (532 nm pumped)
    100 mJ80 mJ
    Operating ParametersLamp Lifetime>20 mio shots
    Electrical Supply208-240 VAC, 50 / 60 Hz, 2.5 kW
    Cooling Water8 L / min, 2-6 bar, < 20 ℃
    WeightLaser Head30 kg
    Power Supply50 kg
    DimensionsLaser Head750 x 317 x 125 mm
    Power Supply560 x 400 x 425 mm

    * 表示には、仕様変更 記載ミスがある場合があります。購入の際はお問い合わせ・御確認下さい。

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    仕様 SpitLight Single OPO
    Model   Single OPO Broadband Single OPO Midband
    Pumplaser RequirementsRepetition Rate1-100 Hz1-100 Hz
    Energy @ 532 nm400 mJ400 mJ
    Energy @ 355 nm250 mJ250 mJ
    Pulse Width< 10 ns< 10 ns
    Beam ProfileFlat-TopFlat-Top
    Beam Diameter (going in)< 8 mm @ 532 nm
    < 6.5mm @ 355 nm
    < 8 mm @ 532 nm
    < 6.5mm @ 355 nm
    OPOPulse Width Reduction0-3 ns0-3 ns
    Tuning Range
    (355 nm pumped)
    413-709 nm (signal)
    709-2500 nm (idler)
    413-709 nm (signal)
    709-2500 nm (idler)
    Tuning Range
    (532 nm pumped)
    675-1064 nm (signal)
    1064-2500 nm (idler)
    675-1064 nm (signal)
    1064-2500 nm (idler)
    Wavelength Shifting Time< 10 ms< 10 ms
    Line Width10-450 cm-1< 5 cm-1
    Min. Signal Output Energy≤ 20 %≤ 6 %
    Max. Signal Output Energy≤ 25 %≤ 20 %
    WeightLaser Head5 kg without pump source
    DimensionsLaser Head326 x 175 x 125 mm

    * 表示には、仕様変更 記載ミスがある場合があります。購入の際はお問い合わせ・御確認下さい。

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    【 このページはホームページ Laser Physics and Technology Optical Parametric Oscillators の訳
    を使い光パラメトリック発振器についての解説ページを作成いたしました。元のページは ≫ ここを参照下さい。】

    光パラメトリック発振器(OPO optical parametric oscillator)は、レーザーに似た共振器を持った光源です。レーザーのように誘導放出による光増幅ではなく、非線形結晶内で起きるパラメトリック増幅を応用した発振器です。レーザーと同様、デバイスにはしきい値があり、これより小さいポンピングパワーでは出力はほとんど出ません。(僅かにパラメトリック蛍光のみが観測されます)

    光パラメトリック発振器の概略図
    OPO の主な特徴は、位相のマッチング条件によって決定される シグナル波長(出力)とアイドラ波長(出力)を広い範囲で変化させることが出来ることです。したがって、レーザーで得ることが困難な、または不可能な波長、中赤外、遠赤外線や、テラヘルツスペクトル領域の光を手に入れることが出来ます。また広い波長可変特性(これは多くの場合位相整合条件によって決まります)は、連続波長可変を可能にしています。このことは、例えばレーザー分光分析には、OPO は非常に貴重な存在になります。

    一方 OPO が要求するポンピングソース(励起光源)として、高輝度で 比較的空間的にコヒーレントな光(高い可干渉性の光)を必要とすることです。したがって、基本的に OPO をポンピングするためはレーザーが必要となります。半導体レーザーが使われる場合が多いのですが、半導体レーザーでの直接ポンピングはほとんどの場合不可能です。したがってシステムは比較的複雑になり、実際は OPO、ダイオード励起固体 (DPSS) レーザーでの構成が一般的です。

    レーザーとの比較

    リング共振器を構成する典型的な光パラメトリック発振器の光路図。ポンピング光はダイクロイックミラーを介して注入されます。シグナル光は共振し、アイドラー光は通常共振器ミラーで排出されます。
    パラメトリック発振器とレーザーとの間には、多くの類似点がありますが、またいくつかの重要な相違点もあります:

  • 多くのレーザーでは励起光源に、空間的にコヒーレントな光は必要としませんが、パラメトリック発振器では、比較的高い空間的コヒーレンス光を必要とします。ほとんどのケースで励起光源として、ダイオード励起固体レーザーが使用されています。
  • ほとんどのレーザー発振波長は、非常に狭い範囲でのみチューニングが出来ますが、多くのパラメトリック発振器は、潜在的に非常に広いチューニング範囲を提供することが出来ます。これらは、可視光、近・中赤外領域、更に電磁スペクトル領域の一部にまたがることもあります。特に中赤外領域では OPO には他に競合が無く、非常に頻繁に使用されています。
  • パラメトリック増幅では位相整合を必要とします。位相整合の調整は発振波長を決定します。波長チューニングは、位相整合条件のパラメータ変更によって行います。たとえば結晶温度の変更、結晶の角度(結晶位相マッチング)、またはポーリング期間(たとえば、周期分極反転結晶(periodically poled crystals)における マッチング擬似位相を変更することにより行えます。位相整合帯域内では、チューニングはキャビティ内での光学フィルターでも可能です。チューニング範囲は、位相整合での制限、透過領域における非線形材料、共振器ミラーの反射率のスペクトル特性のいずれかにによっても制限されることがあります。

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  • パラメトリック増幅は、ポンプビームの方向にのみ(位相マッチングの結果として)動作します。これはリング共振器において、単向性動作を自動的に取得することを意味します。(実際にリング共振器はしばしば、様々な利点のために使用されます。)
  • 非線形結晶には、ポンピング、シグナル、またはアイドラ光における寄生吸収がある場合を除き、熱の堆積はありません。OPO は、動作波長領域において透明なため、熱の発生はほとんどありません。かなり高いパワーレベルの動作では、位相マッチング障害が発生するかも知れません。通常熱レンズ効果は顕著ではありません。
  • アイドラー波は、シグナルパワーとポンピングパワーとの差分として発生します。(めったに使われない縮退パラメトリック発振(degenerate parametric oscillation)の場合にはアイドラー波はありません。)もっと正確に言うと、アイドラー光子のエネルギーは、ポンプイング光子エネルギーとシグナル光子エネルギーの差です。アイドラー波は、非線形変換プロセスで重要な役割を果たしています。OPO は、結晶の強いアイドラー吸収スペクトル領域で動作するとき、ポンピングパワーのしきい値が高くなり効率が低下します。
  • 非線形結晶にはエネルギーは蓄えられません。したがって、ゲインはポンピング波がある限り存在し、ポンプグの変動は直接シグナルパワーに影響を及ぼします。したがってダイナミクスは、レーザーのダイナミクスとは異なります。
  • レーザー媒質での蛍光以外に、パラメトリック蛍光は励起ビームの方向で発生します。もっと正確に言えば、それはパラメトリック利得を起こすこれらのモードで観察されます。
  • シングル共振器 OPO vs ダブル共振器 OPO

    ほとんどの OPO はシングル共振器で、シグナル波長か、またはアイドラ波長のどちらかに共振し、両方の波長に共振しません。(非共振波に対して、ダイクロイック共振器ミラー、またはいくつかの偏光光学部品は高い共振器損失を起こし、非共振波に対して光フィードバックはほとんどありません。)しかし、シグナルとアイドラの両方の波長に共振するダブル共振器 OPO もあります。後者は、単一周波数ポンプレーザーに向いています。

    ダブル共振 OPO の利点は、ポンピングパワーのしきい値を はるかに低くすることが出来ることです。これは特に、連続発振には興味深い事柄です。しかしチューニング動作が複雑になります。結晶温度、またはポンピング波長が変化した場合、シグナルとアイドラ波長はジャンプし、チューニングは一本調子ではなくなります。動作波長はそもそも位相マッチング条件だけでなく、シグナルとアイドラーの同時共振要件(モードクラスター)によって決定されるためです。

    もう一つの可能性は、ポンピングレーザーが単一周波数デバイスであるとき、時々起こるポンピング波の共振高揚です。トリプル共振器 OPO では、ポンピング、シグナルとアイドラー波が同時に共振します。しかし、そのようなデバイスは動作がとてもデリケートです。単純なオプションとしては、キャビティ内の高いパワーを利用する目的で、ポンピングレーザー共振器内に非線形結晶を置いた イントラキャビティー励起 OPOです。

    OPO のポンピング Pumping of OPOs

    光パラメトリック発振器を励起するには、基本的に 3っの異なったオプションがあります:

  • 連続波 (CW) 用には、OPO は連続 (CW) 波レーザー(周波数逓倍レーザーも可)でポンピング出来ます。シングル共振器 OPO に使われるポンピングパワーのしきい値は比較的大きな値です。通常は少なくとも数ワット、時には 1 ワット以下の場合もあります。いくつかの ダブル共振器 OPO は連続数ミリワットで励起することが出来ます。

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  • ほとんどの OPO は、Qスイッチレーザー出力 ナノ秒パルスで励起されます。この方法では、シングル共振器 OPO のしきい値は簡単に超えられます。出力パルスは、パラメトリック発振に遅延があるため、多くの場合ポンピングパルスよりも若干短くなります。出力のライン幅はしばしば、大きな値となります。パルス OPO が定常状態に落ち着くための時間が十分でないため、パルス間の変動も大きくなり、相対的にノイズに影響され易くなります。
  • ウルトラショートパルスの発生には、OPO はモードロックレーザーの励起と同期することが出来ます。この場合 OPO 共振器の長さは通常、光が共振器を 1往復する周波数と、ポンピングパルスの繰り返し周波数が一致するよう 調整されています。(まれなケースでは、共振周波数はポンピング繰り返し周波数の倍数、または分数)パルスは、共振器内部を往復する間に定常状態に達し、ノイズは比較的弱まります。パルスの持続時間は通常、ポンピングパルスの持続時間と同等になります。しかし一定の条件の下(大きな群速度の不一致が起きた場合)では大幅に短くなります。典型的な低デューティサイクルモードロックレーザーでは、必要な平均ポンピングパワーも 1 ワット以下にすることが出来ます。
  • ほとんどのケースで OPO 用の励起光は、近赤外レーザー、または緑色光を発生する高調波レーザーです。あまり一般的ではありませんが、紫外線や中赤外光を使う例もあります。

    OPO の種類

    次のリストは OPO には多くの種類があることを示しています:

  • 連続波 (CW) OPO は通常、周期分極反転 LiNbO3、または KTP 等非線形結晶材料を、1 μm イットリュームドープレーザー、または周波数逓倍固体レーザーで励起します。OPO の出力で単一周波数動作に関しては、励起光が単一周波数でない場合でも、シングル共振器 OPO の場合は可能性があります。
  • 他の連続波 OPO、特に非常に高出力のものはキャビティ内励起されています。非線形結晶は、主にネオジムベースのハイパワーレーザー共振器内に配置されます。
  • 最も典型的な OPO は、Q-スイッチ Nd:YAGレーザーでポンピングされるシングル共振器 OPO です。それらは近・中赤外領域において、マイクロジュールまたはミリジュールのエネルギィーをもつナノ秒パルスを発生します。比較的長い波長で動作させるにはタンデム(直列) OPO を使用し、第一の OPO では 1μmから 2μmの領域に波長変換を行い、その出力は、中赤外 OPO(例えば ZGP)のポンピングに使用されます。
  • 典型的な同期励起 OPO は励起光源として、1μm ネオジムドープレーザーやチタンサファイアレーザーを使った、ピコ秒またはフェムト秒モードロックレーザーを持っています。それらの平均的なポンピングパワーは数百ミリワット〜数ワットで、パルス繰返し率は、100 MHz〜1 GHz 、電力変換効率は 30%〜50%オーダーです。
  • 輝度の高い超短パルスを用いた達成可能な高パラメトリック利得は、OPO の共振器がシングルモード光ファイバで構成されている場合はファイバフィードバック OPO として働きます。このようなデバイスは、共振器長の変化に影響を受けにくい等いくつかの実用的な利点を持っています。
  • より早い繰り返しの同期励起 OPO、80GHz の極めて早いパルス繰り返しレートとが実証されています。チャレンジは、ポンピングパワーの平均的なしきい値はパルス繰り返し率とともに直線的変化します。ここでの課題は、早い繰り返しが求められている受動モードロックレーザーから高い平均出力をも得るのは非常に困難です。そのため、MOPA ポンプソースが非常に早い繰返し速度が必要になります。
  • 何とも風変わりなことは、ファイバ OPO のファイバに、石英ファイバではなく非線形 光ファイバを使うことです。ファイバ OPO は、しばしばシグナルとアイドラ波長の近くにポンピング波長を持っており、このことは通信アプリケーションにとって興味深いことです。

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    OPO のアプリケーション

    OPO の潜在的な応用分野は非常に多様で、ここではいくつかの例を挙げてみます:

  • 分光分析等、他の多くの科学的なアプリケーションでは、非常に広いスペクトル領域、狭い波長幅、ハイパワー等 OPO が提供するすぐれた能力から多くの利点を得ることが出来ます。
  • 軍事アプリケーションでは、航空機を攻撃する 3〜5μm 領域での熱線追尾型のミサイルのブラインド光源として使用することが出来ます。
  • また OPO は例えば、デジタルプロジェクションディスプレイ等に使う高出力の RGB ソースの一部として使うことが出来ます。
  • 商品化の問題

    長年興味深い研究で示され、その驚くべき能力にもかかわらず、これま光パラメトリック発振器は広範な商用製品としての使用例をあまり見ません。その理由として、その一部を以下で説明いたします。

  • ポンピングレーザー、OPO、そしておそらく温度安定結晶炉等、パラメトリック発振器システムは、一般的なレーザーシステムよりもその構造が複雑になります。
  • 位相マッチングの要件は、結晶温度の観点から見ると、例えばレーザー利得媒質の温度管理よりもより繊細な制御が必要で、より非線形変換ステージの動作が難しくなります。
  • 結晶の温度安定オーブンを必要とする OPO は、その複雑さ、起動に要する(ターンオン)時間、放熱など、多くのアプリケーションにとって確かにその魅力は小さくなります。
  • いくつかの非線形結晶材料は、吸湿性で、また他の材料はグレートラッキング(寄生損失の増大)の対象となり、また一部材料は丈夫な反射防止コーティング(例えば、異方性熱膨張のため)を施すことが困難です。
  • 最後に、非線形光学、特にパラメトリック増幅の詳細な理解は、レーザー業界ではあまり広く理解されていません。