Pharos系列高功率飞秒激光器

PHAROS是一款单一集成飞秒激光系统，拥有毫焦耳脉冲能量和高平均功率。PHAROS的机械和光学设计专门针对工业应用（如精密材料加工）进行过优化。市场领先的紧凑结构，集成热稳定系统和密封设计，使PHAROS可以集成到加工工位。使用固态激光二极管泵浦Yb介质，显著降低了维护成本并提供了长久的激光器寿命。

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PHAROS的输出参数基本上均可以通过PC根据特定应用，在几秒钟内便可轻松调整激光器进行设置。激光器输出参数可以调谐，使PHAROS系统适合通常需要不同类型激光器的应用。可调参数包括：脉冲持续时间（190fs–10ps）、重复频率（单脉冲至1MHz）、脉冲能量（高达2mJ）和平均功率（高达20W）。可交付功率适合高加工速度下的大多数材料的加工应用。内置脉冲选择器允许在按需脉冲模式下方便地控制激光输出。配有丰富的外部控制接口，可轻松将激光器集成到更大的机构和加工工作站。PHAROS拥有紧凑牢固的光机设计，包括易于更换的模块，控制温度稳定的密封外壳，确保在不同环境下进行稳定的激光操作。PHAROS配备了丰富的软件包，确保流畅的自动化操作。

型号	PH1-10	PH1-15	PH1-20	PH1-SP-1mJ	PH1-SP-1.5mJ	PH1-SP-10W	PH1-2mJ
最大平均功率	10W	15W	20W	6W		10W	6W
脉宽（高斯光束）	< 290 fs			< 190 fs			< 300 fs
脉宽范围	290 fs – 10 ps (20 ps根据要求)			190 fs – 10 ps (20 ps根据要求)			300 fs – 10 ps
最大脉冲能量	> 0.2 mJ or > 0.4 mJ			> 1 mJ	> 1.5 mJ	> 1 mJ	> 2 mJ
光束质量	TEM₀₀; M² < 1.2			TEM₀₀; M² < 1.3
基础重复频率	1 kHz – 1 MHz ¹⁾

1)一些特殊的重复频率因为系统设计不能选择。

脉冲选择	单脉冲，按需脉冲，任意基础频率整除
中心波长	1028 nm ± 5 nm
输出脉冲稳定性	< 0.5 % rms 24 小时以上 ²⁾
功率稳定性	< 0.5 % rms 100 小时以上
前脉冲对比度	< 1 : 1000
后脉冲对比度	< 1 : 200
偏振	线偏，水平
光束指向稳定性	< 20 µrad/°C
振荡器输出	可选
环境与使用条件
工作温度	15 – 30 ºC （建议使用空调）
相对湿度	<80% （非冷凝）
电压电流	110 V AC, 50 – 60 Hz, 20 A 或 220 V AC, 50 – 60 Hz, 10 A
仪器尺寸
激光器	670 (长) × 360 (宽) × 212 (高) mm
电源箱和水冷机支架	642(长)×553(宽)×673(高)mm

2)在稳定的环境条件下。

脉冲能量 vs 重复频率.jpg

脉冲能量 vs 重复频率

PHAROS 脉宽.jpg

PHAROS 脉宽

PHAROS 光谱.jpg

PHAROS 光谱

PHAROS 典型 M² 参数.jpg

PHAROS 典型 M² 参数

PHAROS 典型近场光斑（200 kHz）.jpg

PHAROS 典型近场光斑（200 kHz）

PHAROS 典型远场光斑（200 kHz）.jpg

PHAROS 典型远场光斑（200 kHz）

PHAROS 在不稳定环境下功率锁定时的输出功率

工业级 PHAROS 输出功率和泵浦二极管电流的全年全天候测试

PHAROS 长时间工作稳定性图表.jpg

PHAROS 长时间工作稳定性图表

Pharos可扩展部件：

1.可内置自动的谐波发生器

自动谐波发生器.jpg

自动谐波发生器

型号	2H			2H-3H	2H-4H			4H-5H
输出波长（自动选择）	1030nm 515nm			1030nm 515nm 343nm	1030nm 515nm 257nm			1030nm 257nm 206nm
输入脉冲能量	20-1000uJ			50-1000uJ	20-1000uJ			200-1000uJ
泵浦脉冲宽度	190-300fs
转换效率	>50%(2H)			>50%(2H) >25%(3H)	>50%(2H) >10%(4H)*			>10%(4H) * >5%(5H)
光束质量 (M2), ≤400 μJ 泵浦		< 1.3 (2H), 典型值 < 1.15	< 1.3 (2H), 典型值 < 1.15			< 1.3 (2H), 典型值 < 1.15	n/a
			< 1.4 (3H), 典型值 < 1.2			n/a (4H)
光束质量 (M2), >400 μJ 泵浦		< 1.4 (2H)	< 1.4 (2H)			< 1.4 (2H)	n/a
			< 1.5 (3H)			n/a (4H)

2.工业级级联OPA （体积小，直接级联到Pharos的前端）

工业级光学参量放大器（I-OPA）.jpg

工业级光学参量放大器（I-OPA）

型号	IOPA		IOPAF		IOPAONE
OPA 原型	ORPHEUS		ORPHEUSF		ORPHEUSONE
泵浦脉冲能量	10 – 500 µJ		10 – 400 µJ		20 – 500 µJ
重复频率	高达 1 MHz
可调范围，信号光	630 – 1030 nm		650 – 900 nm		1350 – 2060 nm
可调范围，闲频光	1030 – 2600 nm		1200 – 2500 nm		2060 – 4500 nm
转换效率（信号光 + 闲频光）		> 12 % 泵浦能量 20 – 500 µJ		> 10 %	> 14 % 泵浦能量 30 – 1000 µJ
		> 6 % 泵浦能量 10 – 20 µJ			> 10 % 泵浦能量 20 – 30 µJ
带宽		80 – 150 cm^-1 @ 700 – 960 nm 由Pharos泵浦		200 – 750 cm^-1 @ 650 – 900 nm	60 – 150 cm^-1 @ 1450 – 2000 nm
		100 – 220 cm^-1 @ 700 – 960 nm 由PharosSP泵浦		150 – 500 cm^-1 @ 1200 – 2000 nm
脉宽		130 – 290 fs 由 Pharos泵浦		< 55 fs @ 800 – 900 nm	200 – 300 fs
		120 – 190 fs 由PharosSP泵浦		< 70 fs @ 650 – 800 nm
				< 100 fs @ 1200 – 2000 nm
应用		微加工；显微镜；光谱仪		非线性显微镜；超快光谱仪	微加工；中红外发生器

※ 190fs–10ps（根据需要20 ps）可调脉宽

※ 最大脉冲能量2mJ

※ 输出功率20W

※ 单脉冲–1MHz可调节重复频率

※ 脉冲选择器，用于按需脉冲操作

※ 坚固耐用的工业级机械设计

※ 自动谐波发生器（515nm，343nm，257nm，206nm）

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PHAROS系列高功率飞秒激光器.pdf

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飞秒激光技术原理

飞秒激光器主要由飞秒激光振荡器、展宽器、飞秒激光放大器、压缩器组成。参考图1。

飞秒激光振荡器是利用增益介质的增益特性产生飞秒量级超短脉冲激光的装置，获得超短脉冲的主要方法是运用调Q或锁模技术。锁模技术就是在飞秒量级的激光技术中，获得超短脉冲的方法。利用锁模技术对激光束进行调制，使光束中不同的振荡纵模具有确定的相位关系，从而使各个模式相干叠加得到超短脉冲。锁模激光器脉宽可达几个fs，相应地具有很高的峰值功率。

1.01 飞秒激光器产品原理.png

图1 飞秒激光系统结构图

通过啁啾脉冲放大技术（CPA），进一步对飞秒激光振荡器输出的fs激光脉冲的峰值功率进行放大。该技术通过控制色散对放大系统的脉宽产生几个量级的展宽或压缩作用。参考图2。具体步骤如下：

首先，通过展宽器中的色散原件将飞秒脉冲展宽为皮秒量级，这时脉冲的峰值功率强度将大大降低，但单个脉冲的总能量不变。其次，在飞秒激光放大器中将这个低峰值功率强度的脉冲由nJ级放大到J级的强度。最后，啁啾过程转变方向，利用压缩器中的色散原件将脉冲压缩，使之恢复为原来的脉宽。由于总能量变大，峰值功率强度将随脉宽的变窄而极大地提高，从而得到超高峰值功率的超短脉冲。

1.02 飞秒激光器产品原理.jpg

图2 CPA技术原理图

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