刀口式光斑分析仪Beam Analyzer在小于100fs激光光束质量测量中的应用

Vol. 26, No. 5 | 5 Mar 2018 | OPTICS EXPRESS 5962的一篇论文：High power sub 100-fs Kerr-lens mode-locked Yb:YSO laser pumped by single-mode fiber laser，详细介绍了由单模光纤泵浦高功率亚100fs克尔透镜锁模Yb:YSO激光器所产生的激光性质，飞秒激光器测量，以及该激光器的工作原理及特点，并分析了飞秒激光光束质量。这种激光器可提供高达2 W的平均功率，脉冲持续时间短至95 fs，重复频率为137.2 MHz，单脉冲能量为14.8 nJ，峰值功率为155.7千瓦 的激光。这个激光器的产生，证明了掺镱硅酸钇晶体（Yb:YSO）具有产生小于100fs脉冲，多瓦级平均功率激光的潜力。

激光内部结构的示意图如图所示。在改进的X-折叠实验中采用了七镜无棱镜腔。C1和C2为具有100 mm曲率半径（ROC）的二向色凹面镜，这个镜片在1020-1100 nm（R>99.9%）区域具有高反射率，在800-1000 nm（R<5%）的范围内具有高透射率。C1能够确保直接记录泵后面的未吸收泵浦功率的激光效果。经过C2的光通过GTI1和GTI2,GTI1和GTI2（来自LAYERTEC GmbH）是用于腔内色散补偿的Gires Tournois干涉仪镜，能够补偿−550 fs2和−800 fs2每个反弹光的色散（GDD）。C3是一面具有300 mm的曲率半径（ROC）的凹面镜，在1020-1100纳米区域涂有高反射率涂层（R>99.9%）。最后经过HR是一个具有高反射率的平面反射后由C1射出。射出的光大约1020-1100 nm经过具有10%的透射率楔形输出耦合器（OC）。OC的轻微楔入有助于避免干扰模式锁定来自背面反射。CW运行时的光束束腰半径（忽略计算了Yb:YSO晶体中心的克尔透镜效应（Kerr透镜效应）为31x36μm（1/e2）)基于大于聚焦泵浦光的矩阵ABCD，会轻易的形成一个软孔。总腔长约为1093mm，重复频率为137.2 MHz。这种飞秒激光器测量也是研发过程中的一个重要问题。

为了检测飞秒激光光束质量，在测量输出激光的空间分布时，采用了多轴刀口式光斑分析仪（Beam Analyzer USB, Duma Optronics Ltd.）进行飞秒激光器测量。如图 3(b) 所示，其中对角线标记为 V 和 W是沿其行进和测量的轴。飞秒激光光束轮廓具有椭圆形轮廓，这是由于两个折叠的凹面镜的散光原因造成的。此外，水平和垂直的两个方向上光斑大小分别为 625 μm 和 1340 μm (1/e2水平）。

此外通过光束轮廓和锁模能够展示不同泵浦功率下的性能。在描绘飞秒激光光束轮廓图时，用到了以色列杜马光电（Duma Optronics）Beam Analyzer USB, 该仪器能够层析图像重建2D/3D图像，测量光束剖面，光束尺寸，形状，位置和能量。而且配有专用软件，光斑分析采样器，光纤适配器，以及连接线，能够实现即插即用的快捷使用方式。能够测量的光谱范围是800-1800nm，光斑直径3-5um，分辨率高，精度也准确，在目前高校研究所的研究中被广泛应用。并且这款刀口式光束分析仪还可以选择带有LCD 7英寸宽触屏移动端的特殊型号，无需链接电脑，由触摸屏移动端操作仪器的运行，内置运行程序及软件，移动端触摸屏分辨率800*400，对比度350:1，windows 7 pro，4Xrs-232、2xLAN端口的工业设备。以下是刀口式光斑分析仪Beam Analyzer规格参数：