飛秒激光器現(xiàn)已應(yīng)用在許多實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)中,它們可以產(chǎn)生超短激光脈沖。光纖飛秒激光器產(chǎn)生的光譜通常對(duì)應(yīng)于鐿(Yb)和鉺(Er)的光譜窗口,中心波長(zhǎng)典型值為1030nm和1550nm。1fs等于10-15秒,時(shí)間間隔超級(jí)短暫,通常這種飛秒激光器通常被稱為超快激光器。由于其固有的穩(wěn)定性、免維護(hù)操作和光學(xué)安全性,以全光纖形式出現(xiàn)的超快激光器有著誘人的應(yīng)用前景。
由于受到其摻雜增益介質(zhì)的限制,大多數(shù)飛秒激光器波長(zhǎng)基本固定,這極大地限制飛秒激光應(yīng)用范圍。當(dāng)然還有其他摻雜介質(zhì)(銩、鈥)的飛秒激光器可拓展波長(zhǎng),但是價(jià)格昂貴。目前常見的飛秒激光器主要是摻Er和摻Y(jié)b的商業(yè)飛秒激光器,即使擁有摻Ho和摻Th激光器,波長(zhǎng)范圍中仍然存在巨大空白,這些波長(zhǎng)無法通過使用可用的增益介質(zhì)直接覆蓋。當(dāng)然,有一些方法可以讓飛秒光源具有可調(diào)諧性,比如OPO光學(xué)參量振蕩器,超連續(xù)譜譜產(chǎn)生等,但通常這些方法相當(dāng)復(fù)雜且昂貴。
基于此,我們引入了SSFS非線性光纖,允許任何人將其1030 nm或1550 nm 飛秒激光器轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)可調(diào)光源,并具有非常寬的調(diào)諧范圍。用戶不必再成為光子專家,就能進(jìn)行孤子光譜調(diào)諧,用戶所需要做的就是將輸入功率調(diào)高或調(diào)低,光譜就會(huì)魔法般在長(zhǎng)度優(yōu)化過的非線性光纖中頻移。
所謂SSFS孤子自頻移效應(yīng)(Soliton self-frequency shift)是脈沖內(nèi)受激拉曼散射的一種表現(xiàn)形式。光譜偏移的程度取決于非線性相互作用的長(zhǎng)度(在此即光纖長(zhǎng)度)和輸入孤子的峰值功率。為了使這種光纖有效地移動(dòng)孤子,它應(yīng)該具有大的(和正的)反常色散,在此光譜區(qū)域石英光纖通常具有負(fù)色散系數(shù)。光纖還應(yīng)具有小模場(chǎng)直徑、低損耗、單模和保偏特性,只有這樣它才能保證穩(wěn)定的工作,并具有低噪聲、短脈沖寬度、穩(wěn)定的偏振和高相干性。換句話說,它不是一種典型的標(biāo)準(zhǔn)光纖,但必須針對(duì)工作條件進(jìn)行優(yōu)化。SSFS光纖與飛秒激光器的連接損耗非常小(考慮到模式特性的典型差異,減小損耗有點(diǎn)棘手),同時(shí)確保不會(huì)引入過多的啁啾。
圖1,基本孤子自頻移的光譜演化
將飛秒激光轉(zhuǎn)換為可調(diào)諧激光光源可以不需要專業(yè)的光子專業(yè)知識(shí),這正是我們商用SSFS模塊想達(dá)到的目的,用戶只需得到想要結(jié)果即可。屹持光電提供即插即用SSFS非線性模塊,用戶只需將其連接到激光器輸出端口即可,這種模塊就可以像神奇的黑匣子,將固定波長(zhǎng)的光源轉(zhuǎn)換成可調(diào)諧的光源。您只需將輸入光纖連接到激光器,并在輸出端監(jiān)測(cè)孤子光譜位移!圖1顯示了輸出的孤子光譜演化,可觀測(cè)到無論輸入能量是多少,頻移任然保持了光譜純度和孤子形狀。(無需擔(dān)心圖中的某些噪聲,這些是測(cè)量偽影,我們?cè)谶@里展示未經(jīng)處理的原始數(shù)據(jù))。通過增加輸入功率,光譜位移增加,這是一種非常簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)高效的方法,可以提高飛秒系統(tǒng)的性能,增加波長(zhǎng)范圍,拓展全新應(yīng)用。
圖2光譜位移與脈沖能量的關(guān)系;25fs脈沖
圖3光譜位移與模塊長(zhǎng)度的關(guān)系;對(duì)于給定的脈沖持續(xù)時(shí)間和能量
擁有這種SSFS模塊后您可能會(huì)發(fā)現(xiàn),之前老舊的1um Yb激光器可調(diào)諧到1600 nm了,或者1550 nm的摻 Er光纖飛秒激光器也可成為2000 nm光源!SSFS模塊可實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧。圖2給出了典型的25fs輸入脈沖的可調(diào)諧曲線,現(xiàn)在只需轉(zhuǎn)動(dòng)電源旋鈕,就可以實(shí)現(xiàn)500 nm以上的可調(diào)諧性,這一切都要?dú)w功于這個(gè)比書本更小的無源、即插即用的SSFS自頻移調(diào)諧模塊。該模塊成本僅占一臺(tái)新飛秒激光系統(tǒng)的小部分。如果用戶告訴詳細(xì)需求,我們還可以為您建議最佳光纖長(zhǎng)度模塊,以優(yōu)化性能并進(jìn)一步降低成本,模塊中光纖長(zhǎng)度可參考圖3。
由于輸出光譜頻移孤子具有高度的相干性(圖4顯示了典型輸出脈沖相干特性)和穩(wěn)定的偏振,您的光源現(xiàn)在有了更多新的應(yīng)用。例如,這些功能可用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用,如虛擬活檢、多光子顯微(生物組織雙光子或三光子激發(fā)熒光成像);也可用于1350 nm或1700 nm窗口(用于增加穿透深度),由于調(diào)諧范圍非常寬,可以選擇性地激發(fā)不同的熒光團(tuán)。其他應(yīng)用還包括非線性和時(shí)間分辨光譜(例如PAF、SHF、SFG或CARS)、雙頻梳產(chǎn)生(無需配備并同步兩臺(tái)飛秒激光器)、太赫茲產(chǎn)生、傳感和跟蹤氣體或燃燒產(chǎn)物監(jiān)測(cè)等。通過使用SSFS自頻移調(diào)諧模塊模塊,用戶的標(biāo)準(zhǔn)摻鉺激光器可以獲得摻鈥或銩激光器功能并完成更多工作,例如微機(jī)械加工、激光消融、銘刻、選擇性吸收(使用致敏劑的活細(xì)胞中)和微創(chuàng)手術(shù)中等,另外也可以拓展到其他如量子、非線性光學(xué)、超快測(cè)量和光子學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用。
圖4輸出孤子相干-干涉條紋可見性;25fs脈沖
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