Pulsdauer. Phase. Spektrum.
FROG rekonstruiert den gesamten Puls
Unsere FROG-Systeme (Frequency-Resolved Optical Gating) wurden für die vollständige Pulscharakterisierung ultrakurzer Laserpulse entwickelt. Sie rekonstruieren das elektrische Feld des Laserpulses und bestimmen daraus die zeitliche Intensität, die spektrale Intensität sowie die spektrale Phase.
Auf dieser Grundlage lassen sich Pulsdauer, Chirp, Dispersion und weitere Pulseigenschaften zuverlässig analysieren.
So erhalten Sie ein vollständiges Bild Ihres Laserpulses und schaffen die Grundlage für die gezielte Optimierung von Lasersystemen, reproduzierbare Messergebnisse und eine fundierte Bewertung der tatsächlichen Pulsqualität.
Wann FROG-Systeme sinnvoll sind
Die Eigenschaften eines Ultrakurzpulslasers sind am Laserausgang in der Regel gut bekannt. Auf dem Weg zum Experiment verändern jedoch Kompressoren, Spiegel, Linsen und andere optische Komponenten den Laserpuls. Dispersion und nichtlineare Effekte können die zeitliche und spektrale Struktur erheblich beeinflussen.
Gerade bei postkomprimierten Lasersystemen, komplexen optischen Aufbauten oder Anwendungen in der nichtlinearen Optik reicht die Angabe der Pulsdauer allein häufig nicht aus. Entscheidend ist, welche Pulseigenschaften am tatsächlichen Einsatzort vorliegen.
Key Features unserer FROG-Systeme
Rekonstruktion des vollständigen elektrischen Feldes ultrakurzer Laserpulse einschließlich zeitlicher und spektraler Intensität sowie Phase
Zwei spezialisierte Messprinzipien für unterschiedliche Anwendungen – von der Charakterisierung einzelner Pulse bis hin zur Messung geringer Pulsenergien
Austauschbare Hot-Swap-Spektrometer ermöglichen die Anpassung an unterschiedliche Wellenlängenbereiche ohne Austausch des Gesamtsystems
Einfache Justage, intuitive Software und zuverlässige Rekonstruktionsalgorithmen ermöglichen reproduzierbare Pulscharakterisierung mit geringem Aufwand
FROG-Systeme – Eigenschaften und Design
Für die Charakterisierung ultrakurzer Laserpulse stellen wird spezialisierte FROG-Systeme (Frequency-Resolved Optical Gating) unseres Partners Femto Easy zur Verfügung, die unterschiedliche Anforderungen in Forschung, Entwicklung und industriellen Anwendungen abdecken. Abhängig von Pulsenergie, Wiederholrate und Messaufgabe stehen zwei Messprinzipien zur Auswahl: Fast FROG für die Single-Shot-Charakterisierung einzelner Laserpulse und MS-FROG für die hochempfindliche Multi-Shot-Messung energiearmer Pulse.
Beide Systeme ermöglichen eine vollständige Pulscharakterisierung ultrakurzer Laserpulse durch die Rekonstruktion des elektrischen Feldes. Dabei werden zeitliche Intensität, spektrale Intensität und spektrale Phase bestimmt. Dadurch lassen sich wichtige Pulseigenschaften wie Pulsdauer, Chirp und Dispersion zuverlässig analysieren und Lasersysteme gezielt optimieren.
Fast FROG – Single-Shot-Pulscharakterisierung einzelner Laserpulse
Der Single-Shot Fast FROG ermöglicht die vollständige Charakterisierung einzelner Ultrakurzpulse in einer einzigen Messung. Durch die Single-Shot-Erfassung kann jeder einzelne Laserpuls analysiert werden – auch bei Puls-zu-Puls-Schwankungen oder instabilen Betriebsbedingungen.
Das System eignet sich besonders für Verstärkersysteme, Laser mit niedrigen Wiederholraten und Anwendungen, bei denen die tatsächlichen Eigenschaften jedes einzelnen Pulses entscheidend sind.
Typische Anwendungen
- CPA- und Verstärkersysteme
- Niedrige Wiederholraten
- Puls-zu-Puls-Analyse
- Postkomprimierte Laserpulse
- Nichtlineare Experimente
MS-FROG – Hochempfindliche Multi-Shot-Pulscharakterisierung
Der Multi-Shot FROG (MS-FROG) wurde für die präzise Charakterisierung energiearmer Femtosekundenpulse entwickelt. Durch die Messung über mehrere Laserpulse wird das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert, wodurch zuverlässige Messungen auch bei sehr niedrigen Pulsenergien möglich sind.
Das System ermöglicht die Pulscharakterisierung im pJ- bis nJ-Bereich und eignet sich besonders für hochrepetierende Laserquellen, Oszillatoren und Anwendungen mit begrenzter Pulsenergie.
Typische Anwendungen
- Hochrepetierende Femtosekundenlaser
- Oszillator-basierte Lasersysteme
- Laserquellen mit geringer Pulsenergie
- Laserentwicklung und Produktion
- Qualitätskontrolle von Ultrakurzpulsen
Flexible Wellenlängenbereiche durch modulare Spektrometer
Unsere FROG-Systeme nutzen austauschbare MISS-Spektrometermodule, die eine schnelle Anpassung an unterschiedliche Wellenlängenbereiche ermöglichen.
Dadurch kann ein einziges Messsystem flexibel für verschiedene Ultrakurzpulslaser, Laserquellen und zukünftige Experimente eingesetzt werden. Die modulare Architektur ermöglicht eine einfache Erweiterung des Systems und reduziert den Aufwand bei wechselnden Messanforderungen.
Wichtige Spezifikationen unserer FROG-Systeme
Der Single-Shot Fast FROG basiert auf der Erzeugung der zweiten Harmonischen und steht in Form von sechs Modellen zur Verfügung, die verschiedene Pulsdauerbereiche von 4 fs bis 10 ps über einen breiten Spektralbereich abdecken. Der Fast FROG zeichnet sich aus durch seine Wellenfrontteilungstechnik, den Einsatz eines Mini-Bildspektrometers (MISS) sowie seine Benutzerfreundlichkeit und vielseitige Einsetzbarkeit.
Der Multi-Shot FROG (MS-FROG) wird vorzugsweise für Pulsenergien im pJ-nJ-Bereich eingesetzt, z. B. 3 fs bis 80 ps. Er verfügt über speziell für FROG-Messungen entwickelte, von Femto Easy eigens gefertigte Spektrometer, die eine hohe spektrale Auflösung und beste Leistungswerte bei der Pulscharakterisierung gewährleisten.
Single-Shot Fast FROG
Frequency-Resolved Optical Gating
für Einzelpulse
- Wellenlänge: 480-2100 nm
- Pulsdauer: 4 fs – 10 ps
- Repetitionsrate: Einzelpuls bis 125 kHz
- Features: achromatisch und nicht dispersiv
Multi-Shot FROG
Frequency-Resolved Optical Gating
für repetitive fs- und ps-Pulse
- Wellenlänge: 500-2100 nm
- Pulsdauer: 3 fs – 80 ps
- Repetitionsrate: 100 Hz bis GHz
- Features: extrem hohe zeitliche Auflösung bis 50 as
Erweiterungen für den Single-Shot Fast FROG
Mit verschiedenen Optionen kann der Single-Shot Fast FROG für unterschiedliche Laserquellen, Spektralbereiche und Anforderungen an die Ultrakurzpuls-Charakterisierung konfiguriert werden:
- Zusätzliche SHG-Kristalle: Erweiterung des Wellenlängenbereichs der FROG-Pulsmessung mit austauschbaren Plug-and-Play-SHG-Kristallen
- Zusätzliches MISS-Spektrometer: Weiteres MISS Imaging-Spektrometer für schnelle Anpassung an unterschiedliche Spektralbereiche und Laserwellenlängen
- Enhanced Detection: Leistungsfähigere Detektion für höhere zeitliche und spektrale Auflösung sowie Einzelpulsanalyse bis 125 kHz
- High Dynamic Range: Erweiterung der Signalerfassung von 12 auf 16 Bit für einen größeren Dynamikbereich bei der FROG-Messung (Nicht für reine Single-Shot-Messungen geeignet)
- Low Energy: Erhöhte FROG-Empfindlichkeit für die zuverlässige Charakterisierung von Laserpulsen mit geringer Pulsenergie
- Phase Loop: Softwareoption für spektrales Phasen-Feedback mit einem kompatiblen Pulse Shaper zur aktiven Optimierung ultrakurzer Laserpulse
- Phase Matching: Optimierung des SHG-Phase-Matchings für unterschiedliche Zentralwellenlängen und bestmögliche Signalqualität
- Pulse Front Tilt & Spatial Chirp: Analyse spatio-temporaler Kopplungen wie Spatial Chirp und Pulse Front Tilt für eine präzisere Pulsrekonstruktion
- Small Beam: Integriertes Modul vergrößert den Eingangsstrahl auf die für den Fast FROG erforderliche Größe (Für kleine Laserstrahlen)
- Trigger: Externe Synchronisation für präzise Single-Shot-Pulsmessungen bis 36 kHz; mit Enhanced Detection bis 125 kHz
Erweiterungen für den Multi-Shot FROG
Mit verschiedenen Erweiterungen lässt sich der Multi-Shot FROG flexibel an unterschiedliche Laserquellen, Wellenlängen und Anforderungen der Ultrakurzpuls-Charakterisierung anpassen:
- Zusätzliche SHG-Kristalle: Erweiterung des Wellenlängenbereichs der FROG-Pulsmessung mit schnell austauschbaren Plug-and-Play-Kristallen
- Zusätzliches MISS-Spektrometer: Weiteres MISS Imaging-Spektrometer ermöglicht die Messung in zusätzlichen Spektralbereichen und einen schnellen Wechsel zwischen unterschiedlichen Laserwellenlängen
- Fasergekoppelter Eingang: Mit einem optionalen Faser-Eingangsmodul kann der Multi-Shot FROG flexibel zwischen Freistrahl- und Fasereingang betrieben werden, ohne erneute Justage
- Low Energy: Erhöhte Empfindlichkeit für energiearme Laserpulse ermöglicht bei sehr niedrigen Pulsenergien eine zuverlässige Charakterisierung
- Low Repetition Rate: Optimierte Synchronisation für Laser mit niedriger Repetitionsrate (Empfehlenswert bei Repetitionsraten unter 200 kHz)
Sind Fragen offen?
Wir beraten Sie gerne oder organisieren für Sie eine Demo-Messung
Was Anwender über unsere FROG-Systeme sagen
FAQ – FROG-Systeme für ultrakurze Laserpulse
Was ist ein FROG-System?
Ein FROG-System (Frequency-Resolved Optical Gating) ist ein Messgerät zur vollständigen Charakterisierung ultrakurzer Laserpulse. Im Gegensatz zu einer reinen Pulsdauermessung bestimmt ein FROG-System das vollständige elektrische Feld eines Laserpulses. Dadurch werden neben der Pulsdauer auch die zeitliche Intensität, die spektrale Intensität und die spektrale Phase rekonstruiert. Aus diesen Informationen lassen sich unter anderem Chirp, Dispersion und weitere Pulseigenschaften zuverlässig bestimmen.
Was bedeutet Frequency-Resolved Optical Gating?
Frequency-Resolved Optical Gating (FROG) ist ein etabliertes Messverfahren zur Charakterisierung ultrakurzer Laserpulse. Dabei wird ein frequenzaufgelöstes nichtlineares Signal (das sogenannte FROG-Trace) aufgezeichnet. Mithilfe numerischer Rekonstruktionsalgorithmen wird daraus das elektrische Feld des Laserpulses berechnet. Das Verfahren liefert sowohl die Intensität als auch die Phase des Pulses und gehört heute zu den Standardmethoden in der Ultrakurzpulslaser-Diagnostik.
Was ist der Unterschied zwischen FROG und einem Autokorrelator?
Ein Autokorrelator liefert in erster Linie Informationen über die Pulsdauer. Für die Auswertung müssen häufig Annahmen über die Pulsform getroffen werden, und die spektrale Phase des Laserpulses bleibt unbekannt.
Ein FROG-System rekonstruiert dagegen das vollständige elektrische Feld des Pulses. Neben der Pulsdauer werden auch die zeitliche Intensität, die spektrale Intensität und die spektrale Phase bestimmt. Dadurch können Chirp, Dispersion und komplexe Pulsformen eindeutig analysiert werden. Für anspruchsvolle Anwendungen in Forschung und Entwicklung liefert FROG daher deutlich mehr Informationen als eine reine Autokorrelationsmessung.
Wofür sollte man den Fast FROG einsetzen?
Der Fast FROG eignet sich für Anwendungen, bei denen einzelne Laserpulse vollständig charakterisiert werden müssen. Da die Messung in einem einzigen Laserschuss erfolgt (Single Shot), ist das System besonders für Verstärkersysteme, Laser mit niedrigen Wiederholraten sowie Anwendungen mit Puls-zu-Puls-Schwankungen geeignet. Typische Einsatzgebiete sind CPA-Lasersysteme, postkomprimierte Pulse und Experimente in der nichtlinearen Optik.
Wofür sollte man den MS-FROG einsetzen?
Der MS-FROG ist für die Charakterisierung energiearmer, hochrepetierender Laserpulse entwickelt. Durch die Multi-Shot-Messung werden mehrere Pulse zur Signalgewinnung genutzt, wodurch auch sehr geringe Pulsenergien im pJ- bis nJ-Bereich zuverlässig gemessen werden können. Das System eignet sich insbesondere für Femtosekunden-Oszillatoren, Laserentwicklungs- und Produktionsumgebungen sowie Anwendungen mit hohen Wiederholraten.
Wie misst man die spektrale Phase eines Laserpulses?
Die spektrale Phase kann nicht direkt mit einem Spektrometer gemessen werden. Stattdessen wird sie mit Verfahren zur vollständigen Pulscharakterisierung wie Frequency-Resolved Optical Gating (FROG) rekonstruiert. Dabei wird zunächst ein frequenzaufgelöstes nichtlineares Signal aufgenommen. Spezielle Rekonstruktionsalgorithmen berechnen daraus das vollständige elektrische Feld des Laserpulses einschließlich der spektralen Phase. Die Kenntnis der Phase ist entscheidend, um Chirp, Dispersion und die tatsächliche Pulsform zuverlässig zu bestimmen.
Kann ich ein FROG-System vor dem Kauf testen?
Ja. Gerne organisieren wir ein Demo-Gerät, das Sie in Ihrer eigenen Einrichtung testen können. Bitte kontaktieren Sie uns hierfür per E-Mail oder über das Kontaktformular auf unserer Webseite.