Els làsers de fibra ultraràpida sintonitzables multiparàmetres estan impulsant moltes àrees emergents de la fotònica biomèdica de femtosegons. Atès que els làsers ultraràpides d'estat sòlid són difícils d'ajustar de manera independent els tres paràmetres de longitud d'ona central, freqüència de repetició i amplada del pols amb energia de pols de sortida garantida, la fotònica biomèdica de femtosegons sol utilitzar amplificadors de pols de xip de fibra única selectiva per pols (pp-FCPA) amb paramètrics òptics. amplificadors (OPA) com a font de llum de conducció. Tanmateix, els components espacials complexos de l'OPA afecten molt la qualitat del feix i la immunitat ambiental del sistema, i el tediós manteniment rutinari està més enllà del coneixement dels científics de la vida. Per tant, per substituir la tecnologia OPA i aprofitar el sistema pp-FCPA, els autors van desenvolupar una font de llum femtosegon ajustable en longitud d'ona basada en la generació de supercontinu.
La figura 1 il·lustra tres mètodes comuns per generar l'espectre de supercontinu. El mètode 1 utilitza una arquitectura de fusió de fibres, que té l'estructura més compacta i una excel·lent estabilitat ambiental, però la transmissió a la fibra és majoritàriament làsers de picosegons, que es troben habitualment en làsers comercials. El mètode 2 utilitza un tancament comercial amb tapes d'extrem de fibra i extensions de mode com a convertidor addicional de longitud d'ona no lineal per a oscil·ladors de safir de titani per donar suport a la conversió de longitud d'ona dels polsos de femtosegons. El mètode 3 és similar al mètode 2, però incorpora un front-end pp-FPCA amb avantatges de fibra mitjançant l'acoblament d'un pols de femtosegon d'alta energia a una secció de fibra de cristall fotònic per produir un espectre de supercontinu coherent. És aquest tercer mètode el que utilitzen els autors en aquest article.
No obstant això, es va trobar que la fibra utilitzada per a la generació de supercontinu normalment es fa malbé després d'unes 100 hores de funcionament acumulat. El dany òptic irreversible limita significativament la vida útil de la font de supercontinu. Per tant, cal determinar el principi d'aquest dany òptic per trobar un mitjà per evitar-lo. Si el dany fotogràfic és causat per contaminants en l'aire en un entorn de sala no supernet i/o acoblament espacial d'alta potència màxima a l'extrem de la fibra, es pot solucionar mitjançant tapes extremes de fibra de cristall fotònic disponibles comercialment o col·lapsant obertures específiques a la cara final de la fibra. .
La taula 1 enumera els tres esquemes experimentals utilitzats pels autors per estudiar el mecanisme de dany de les fibres òptiques. L'esquema 1 va acoblar un pols d'entrada amb una longitud d'ona central de 1030 nm, una freqüència de repetició de 10 MHz i una amplada de pols de 280 fs en una secció de 25 cm de fibra LMA-PM-15 i, després d'experiments repetits, tots va trobar que la fibra estava danyada després de 100 ± 40 hores de funcionament acumulat. L'esquema 2 va utilitzar una font d'accionament diferent i una fibra de cristall fotònic, però la densitat de potència màxima acoblada a la cara de l'extrem de la fibra va romandre igual que la de l'esquema 1. L'esquema 2, però, provoca danys fotogràfics en 10 ± 2 hores. La ubicació on es produeix el dany òptic difereix entre aquests dos escenaris: el dany òptic de l'escenari 1 es troba<10 cm from the incident end of the fiber, whereas the optical damage in scenario 2 is located <1 cm from the incident end of the fiber. This difference indicates that the cause of fiber damage is not air contaminants in the environment or the high peak power density at the time of coupling, and that optical damage cannot be avoided by fiber end caps. Upon analysis, this fiber damage can be explained by the optical waveguide theory of long-period fiber gratings (LPFG). When a pulse is coupled into the fiber, part of the energy enters the core while the other part is transmitted into the cladding. When the light from the core mode and the cladding mode interfere with each other and generate standing waves, an LPFG is written into the fiber. the shorter the period of the LPFG, the more periods are contained in the same fiber length, and the more easily the fiber is damaged.
Per verificar aquesta idea, els autors van triar la fibra LMA-PM-40-FUD amb un diàmetre de camp de mode de 32 μm a l'Esquema 3. Es va calcular que el període LPFG era d'uns 9 cm i la longitud de la fibra de 9 cm és menys d'un cicle, de manera que l'efecte de dany a la fibra causat per LPFG desapareixerà teòricament. Experimentalment, el sistema òptic de l'esquema 3 també es manté estable després de 2000 hores de funcionament acumulat.
La figura 2 mostra la font de llum femtosegon ajustable multiparamètrica construïda pels autors basant-se en l'esquema 3. Tota la font de llum consta d'un sistema pp-FCPA amb una freqüència de repetició ajustable des de 1-10 MHz com a part frontal i un cristall fotònic. fibra evitant els danys òptics causats per LPFG com a unitat generadora de l'espectre supercontinu, és a dir, un convertidor no lineal de fibra (FNWC). Després de l'ampliació espectral, els polsos es dirigeixen a un modelador de polsos programable. En seleccionar una finestra de filtre específica i una quantitat de compensació de dispersió, es pot ajustar la longitud d'ona central en el rang de 950-1110 nm i l'amplada del pols es pot ajustar en el rang de 40-400 fs. A més, el pols de sortida final es pot transmetre amb una secció de cable de connexió de fibra de nucli buit Kagome de baixa dispersió, la qual cosa permet canviar fàcilment aquesta font de llum entre diferents mòduls d'aplicació.
En resum, els autors han desenvolupat un accessori fiable per a làsers de fibra de femtosegon amb una sintonització substancial en termes de re-freqüència, longitud d'ona i amplada del pols, que explica i suprimeix el dany òptic en el sistema de fibra acoblada, i el corresponent sistema làser integrat és altament. estable, prometent ampliar les aplicacions dels làsers ultraràpids ajustables en camps biològics i mèdics.
