Çok parametreli ayarlanabilir ultra hızlı fiber lazerler, femtosaniye biyomedikal fotoniğin gelişmekte olan birçok alanını yönlendiriyor. Katı hal ultra hızlı lazerlerin garantili çıkış darbe enerjisi ile merkezi dalga boyu, tekrarlama frekansı ve darbe genişliğinin üç parametresini bağımsız olarak ayarlaması zor olduğundan, femtosaniye biyomedikal fotonik genellikle optik parametrik ile darbe seçici tek fiber cıvıl cıvıl darbe amplifikatörleri (pp-FCPA) kullanır. sürüş ışık kaynağı olarak amplifikatörler (OPA'lar). Bununla birlikte, OPA'nın karmaşık uzamsal bileşenleri, sistemin ışın kalitesini ve çevresel bağışıklığını büyük ölçüde etkiler ve can sıkıcı rutin bakım, yaşam bilimcilerin bilgisinin ötesindedir. Bu nedenle, OPA teknolojisini değiştirmek ve pp-FCPA sisteminden yararlanmak için yazarlar, süpersüreklilik üretimine dayalı, dalga boyu ayarlı bir femtosaniye ışık kaynağı geliştirdiler.
Şekil 1, süper süreklilik spektrumunu oluşturmak için üç yaygın yöntemi göstermektedir. Yöntem 1, en kompakt yapıya ve mükemmel çevresel stabiliteye sahip olan tamamen fiber füzyon mimarisini kullanır, ancak fiberdeki iletim çoğunlukla ticari lazerlerde yaygın olarak bulunan pikosaniye lazerlerdir. Yöntem 2, femtosaniye darbelerinin dalga boyu dönüşümünü desteklemek için titanyum safir osilatörler için ek bir doğrusal olmayan dalga boyu dönüştürücü olarak fiber uç kapakları ve mod uzantıları ile ticari bir kapak kullanır. Yöntem 3, Yöntem 2'ye benzer, ancak tutarlı bir süpersüreklilik spektrumu üretmek için yüksek enerjili bir femtosaniye darbesini fotonik kristal fiberin bir bölümüne bağlayarak fiber avantajları olan bir pp-FPCA ön ucunu içerir. Yazarların bu yazıda kullandıkları bu üçüncü yöntemdir.
Bununla birlikte, süper süreklilik üretimi için kullanılan fiberin genellikle yaklaşık 100 saatlik kümülatif çalışmadan sonra hasar gördüğü bulundu. Geri döndürülemez optik hasar, süper süreklilik kaynağının ömrünü önemli ölçüde sınırlar. Bu nedenle, onu atlatmanın bir yolunu bulmak için bu optik hasarın ilkesini belirlemek gerekir. Fotohasar, süper temiz olmayan bir oda ortamındaki havadaki kirletici maddelerden ve/veya fiber uç yüzeyindeki yüksek pik gücün uzamsal bağlantısından kaynaklanıyorsa, piyasada bulunan fotonik kristal fiber uç kapakları veya fiber uç yüzeyindeki belirli açıklıkların daraltılmasıyla ele alınabilir. .
Tablo 1, yazarlar tarafından optik fiberlerin hasar mekanizmasını incelemek için kullanılan üç deneysel şemayı listeler. Şema 1, 1030 nm'lik bir merkezi dalga boyuna, 10 MHz'lik bir tekrarlama frekansına ve 280 fs'lik bir darbe genişliğine sahip bir giriş darbesini LMA-PM-15 fiberin 25 cm'lik bir bölümüne bağladı ve tekrarlanan deneylerden sonra tümü 100 ± 40 saatlik kümülatif çalışmadan sonra fiberin hasar gördüğünü tespit etti. Şema 2, farklı bir tahrik kaynağı ve fotonik kristal elyaf kullandı, ancak elyaf uç yüzüne bağlanan tepe güç yoğunluğu, Şema 1'deki ile aynı kaldı. Ancak Şema 2, 10 ± 2 saat içinde fotohasarla sonuçlandı. Optik hasarın meydana geldiği konum bu iki senaryo arasında farklılık gösterir: Senaryo 1'deki optik hasarın bulunduğu yer<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.
Bu fikri doğrulamak için yazarlar, Şema 3'te mod alan çapı 32 μm olan LMA-PM-40-FUD fiberini seçtiler. LPFG periyodu yaklaşık 9 cm olarak hesaplandı ve fiber uzunluğu 9 cm bir döngüden daha az, bu nedenle LPFG'nin neden olduğu elyaf hasarı etkisi teorik olarak ortadan kalkacaktır. Deneysel olarak, şema 3'ün optik sistemi de 2000 saatlik kümülatif çalışmadan sonra sabit kalır.
Şekil 2, yazarlar tarafından Şema 3'e dayalı olarak oluşturulmuş multiparametrik ayarlanabilir femtosaniye ışık kaynağını göstermektedir. Işık kaynağının tamamı, ön uç olarak 1-10 MHz'den ayarlanabilen tekrarlama frekansına sahip bir pp-FCPA sisteminden ve bir fotonik kristalden oluşur. süper sürekli spektrum üreten birim olarak LPFG'nin neden olduğu optik hasarı önleyen fiber, yani doğrusal olmayan bir fiber dönüştürücü (FNWC). Spektral genişlemeden sonra darbeler, programlanabilir bir darbe şekillendiriciye yönlendirilir. Belirli bir filtre penceresi ve dağılım dengeleme miktarı seçilerek, merkezi dalga boyu 950-1110 nm aralığında ve darbe genişliği 40-400 fs aralığında ayarlanabilir. Ek olarak, son çıkış darbesi, düşük dağılımlı Kagome içi boş çekirdekli fiber patch kablosunun bir bölümü ile iletilebilir ve bu ışık kaynağının farklı uygulama modülleri arasında kolayca değiştirilmesine olanak tanır.
Özet olarak, yazarlar femtosaniye fiber lazerler için yeniden frekans, dalga boyu ve darbe genişliği açısından önemli ölçüde ayarlanabilirliğe sahip, bağlı fiber sistemdeki optik hasarı açıklayan ve bastıran ve karşılık gelen entegre lazer sistemi son derece yüksek olan güvenilir bir aksesuar geliştirdiler. kararlı, biyolojik ve tıbbi alanlarda ayarlanabilir ultra hızlı lazerlerin uygulamalarını genişletmeyi vaat ediyor.
