用于多光子显微镜的全正常分散飞秒光纤激光器的低成本定制制造和模式锁定操作

提出了一种用于在多光子显微镜、内窥镜和光医学中的潜在应用，构建一种定制低成本、模式锁定的飞秒光纤激光器的方法。这种激光器采用市售零件和基本拼接技术制造。

飞秒脉冲激光器在多光子显微镜中有着广泛的应用。该协议可用于制造紧凑、坚固且价格低廉的飞秒全正态分散光纤激光器。与商用固态超快激光器相比，该技术生产的激光器成本更低，因为它只包含商用零件。

此外，光纤激光器不需要水冷却，因此系统尺寸较小。最后，但最不重要的一点，光纤组件不需要对齐，这使得系统坚固于振动。与市售系统不同，这种激光器没有遮盖不需要的光束。

装配和操作激光器需要有经验的人员。有些实验似乎是无法重现的，因为它很可能在遵循书面说明时错过一些不必要的细节。在视频演示中，观众不会错过任何东西。

首先，在使用更有价值的光纤材料之前，先拼接单模光纤或 SMF，以确保拼接设备的性能。使用光纤剥离工具剥离约 30 毫米的光纤。如果使用易碎的纤维，可以使用剃刀刀片小心地剥离缓冲液。

使用无绒组织与乙醇或异丙醇清洁剥离的纤维。擦拭时发出嗡嗡声，表示光纤足够干净。然后，将纤维支架放在纤维切刀上，并确保切刀的刀片、纤维夹和纤维支架都清洁。

小心地将纤维装入纤维支架，在切刀的自由端留下大约 25 毫米的剥离清洁纤维以进行夹紧。轻轻关闭切刀上的纤维夹。为避免纤维过度张力，请重新打开并关闭夹具。

按下"切割"按钮，切刀将自动切割光纤。使用带塑料圆头的钳子将切出的片件从纤维移动到锐化处理容器，然后将纤维支架转移到熔合拼接器上。重复此过程以切割第二根纤维。

要拼接在一起的两根纤维应该由纤维拼接器内的纤维支架相互切割。关闭接头盖并设置参数，如核心直径、模式场直径和夹层直径。将对齐方法设置为夹层，按"设置"按钮，拼接器将自动对齐。

在每个站按"设置"按钮以确认对齐质量。拼接将自动完成。使用拼接器的质量控制以及区域的摄像机视图检查接头的质量。

良好的拼接具有均匀的包覆边界和沿光纤的均匀亮度，因此看不到拼接点。然后，打开拼接盖和其中一个纤维支架。可选地，可以添加一个纤维套管来保护接头，拼接器的加热器可用于将套管模制到纤维上。

将组合器输出拼接到掺杂的活性纤维上。按照前面描述的过程切割组合器输出光纤。由于其包层的形状，主动纤维应首先切割和拼接一块单模纤维，稍后将被移除。

用线切割机从拼接点切割距离拼接点约两厘米的单模光纤。然后，剥离单模光纤的整个长度和 0.5 厘米的有源光纤，使有源光纤与两厘米的无缓冲单模光纤封盖。将有源光纤加载到切刀中，确保只有单模光纤被光纤夹紧。

从这一点开始，按照前面描述的切割和拼接光纤的过程进行操作。安全是重中之重。记得把每一块纤维碎片放在锋利的物体盒里。

此外，每当泵运行时，都应警告激光安全护目镜。打开示波器，将仪器设置为交流耦合模式，触发电平设置为 30 毫伏。将光谱分析仪光电二极管输入光纤移动到单色输入，并将器件设置为 OSA 模式。

然后，通过调整波板锁定激光的相位。旋转四分之一波板2几度来回。模式锁定光谱由两个稳定峰组成，它们之间有一个稳定峰。

同时，在示波器上观察稳定的脉冲列车。如果未观察到模式锁定频谱，则向一个方向旋转四分之一波板 1 几度，然后重复上一步。如果仍然未观察到频谱，则旋转双参考滤波器几度并重复此过程。

光纤激光器制造完成后，验证了模式锁定操作。激光振荡器的脉冲频谱输出中心在1070纳米附近，其特征猫耳形状表示数值模拟预测的模式锁定。作为模式锁定的进一步诊断，分别使用自相关器和射频频谱分析仪测量脉冲持续时间和脉冲重复功率谱。

测量了70飞秒的脉冲持续时间。通过持续监测平均输出功率和脉冲频谱，测试了脉冲稳定性。当激光装置安装在具有减震的浮动光学表上时，在没有主动冷却的情况下，功率漂移在 24 小时内小于 3.5%。

验证模式锁定后，使用简单的测试目标和生物样本对成像性能进行测试。在脉冲功率调整期间测量荧光，验证信号是四边形取决于传递到样品平面的激光功率。使用定制的光纤激光器对染色和未染色的生物标本进行成像。

作为对双光子激发的附加验证，将收集的多色荧光微球超光谱图像与线性激发与商用二极管激光器拍摄的图像进行比较。最后，比较了二极管激光器与定制FS光纤激光器相比，绿色和红色珠子的规范化光谱。自由空间组件可被相应的纤维部件所取代，从而进一步提高鲁棒性和移动性。

全光纤系统可以放在一个购物车的临床场景。自由空间组件可被相应的纤维部件所取代，从而进一步提高鲁棒性和移动性。全光纤系统可以放在一个购物车的临床场景。

这项技术的影响是一个悬而未决的问题。我们预计，它将为研究人员提供新的接触飞秒激光技术，使他们能够开发新的出版物。