Fabricación personalizada de bajo costo y operación bloqueada por modo de un láser de fibra Femtosecond de dispersión normal para microscopía multifotón

Se presenta un método para construir un láser de fibra de femtosegundo de bajo costo y bloqueado en modo para aplicaciones potenciales en microscopía multifotona, endoscopia y fotomedicina. Este láser se construye utilizando piezas disponibles comercialmente y técnicas básicas de empalme.

Los láseres de pulso de femtosegundo tienen amplias aplicaciones en la macrocroscopia multifoto. Este protocolo se puede utilizar para fabricar un láser de fibra de dispersión totalmente normal de femtosegundo que sea compacto, robusto y económico. En comparación con los láseres ultrarrápidos comerciales de estado sólido, el láser producido en esta técnica cuesta mucho menos porque consiste sólo en piezas disponibles comercialmente.

Además, los láseres de fibra no necesitan refrigeración por agua, por lo que el tamaño del sistema es más pequeño. Por último, pero no menos importante, los componentes de fibra no requieren alineación, lo que hace que el sistema sea robusto a la vibración. A diferencia de los sistemas disponibles comercialmente, este láser no tiene una cubierta para bloquear haces no deseados.

Se necesita personal experimentado para montar y operar el láser. Algunos experimentos parecen no serreproducibles porque es muy probable que se pierdan algunos detalles no llamados al seguir instrucciones escritas. En la demostración de vídeo, los espectadores no se perderán nada.

Comience por empalmar fibras monomodo, o SMF, con el fin de garantizar el rendimiento adecuado del equipo de empalme antes de que se utilicen materiales de fibra óptica más valiosos. Tira aproximadamente 30 milímetros de la fibra con una herramienta de corte de fibra. Si se trabaja con fibras frágiles, se puede utilizar una cuchilla de afeitar para despegar cuidadosamente el tampón.

Utilice un tejido libre de pelusas con etanol o isopropanol para limpiar la fibra despojada. Un zumbido mientras se limpia indica que la fibra está lo suficientemente limpia. A continuación, coloque el soporte de fibra en la cortadora de fibra y asegúrese de que la hoja, la abrazadera de fibra de la cortadora y el soporte de fibra estén limpios.

Cargue cuidadosamente la fibra en el soporte de fibra dejando aproximadamente 25 milímetros de fibra limpia despojada en el extremo libre de la cortadora para sujetar. Cierre suavemente la abrazadera de fibra de la cortadora. Para evitar el exceso de tensión en la fibra, vuelva a abrir y cierre la abrazadera.

Pulse el botón Cortar y la cortadora cortará automáticamente la fibra. Utilice pinzas con puntas redondeadas de plástico para mover la pieza cortada de la fibra a un contenedor de eliminación de objetos punzantes y transfiera el soporte de fibra al empalme de fusión. Repita el procedimiento para cortar la segunda fibra.

Las dos fibras que se empalman juntas deben tener extremos cortados opuestos entre sí por los soportes de fibra dentro del empalme de fibra. Cierre la cubierta del empalme y establezca parámetros como Diámetro de núcleo, Diámetro de campo de modo y Diámetro de revestimiento. Establezca el método de alineación en Revestimiento, pulse el botón Establecer y el empalme se alineará automáticamente.

Pulse el botón Ajustar en cada parada para confirmar la calidad de la alineación. El empalme se realizará automáticamente. Compruebe la calidad del empalme utilizando los controles de calidad del empalme, así como la vista de la cámara de la región.

Un buen empalme tiene un límite de revestimiento uniforme y un brillo uniforme a lo largo de la fibra de forma que no se pueda ver ninguna coyuntura de empalme. A continuación, abra la cubierta del empalme y uno de los soportes de fibra. Opcionalmente, se puede agregar un manguito de fibra para proteger el empalme y el calentador de la empalmadora se puede utilizar para moldear el manguito en la fibra.

Empalme la salida del combinador a la fibra activa dopada de ytterbium. Siga el procedimiento descrito anteriormente para cortar la fibra de salida del combinador. Debido a la forma de su revestimiento, la fibra activa primero debe ser cortada y empalmada con un pedazo de fibra monomodo que más tarde se eliminará.

Corte la fibra monomodo a unos dos centímetros del punto de empalme con una cortadora de alambre. A continuación, desmonte toda la longitud de la fibra monomodo y 0,5 centímetros de la fibra activa que dejará la fibra activa cubierta con dos centímetros de fibra de modo único sin búfer. Cargue la fibra activa en la cortadora asegurándose de que la fibra monomodo sólo esté sujetada por la abrazadera de fibra.

A partir de este punto, siga el procedimiento descrito anteriormente para cortar y empalmar la fibra. La seguridad es la máxima prioridad. Recuerde poner cada fragmento de fibra en la caja de objetos afilados.

Además, las gafas de seguridad láser deben ser advertidos cada vez que la bomba está en funcionamiento. Encienda el osciloscopio y ajuste el instrumento al modo de acoplamiento de CA con el nivel de disparo establecido en 30 milivoltios. Mueva la fibra de entrada de fotodiodo del analizador de espectro óptico a la entrada monocromática y ajuste el dispositivo al modo OSA.

A continuación, bloquee la fase del láser ajustando las placas de onda. Gire la placa de cuarta onda 2 varios grados hacia adelante y hacia atrás. El espectro de bloqueo de modo consta de dos picos estables con una meseta entre ellos.

Mientras tanto, observe un tren de pulsos estable en el osciloscopio. Si no se observa el espectro de bloqueo de modo, gire la placa de cuarto de onda 1 varios grados en una dirección y repita el paso anterior. Si el espectro aún no se observa, gire el filtro birefringente varios grados y repita el proceso.

El funcionamiento con bloqueo de modo se verificó al completar la fabricación con láser de fibra. La salida del espectro de pulsos del oscilador láser se centró cerca de 1070 nanómetros con la forma característica del oído del gato que indica el bloqueo de modo según lo predicho por la simulación numérica. Como un diagnóstico adicional para el bloqueo de modo, la duración del pulso y los espectros de potencia de repetición de pulsos se midieron utilizando el autocorrelador y el analizador de espectro de radiofrecuencia respectivamente.

Se midieron duraciones de pulso de 70 femtosegundos. La estabilidad del pulso se probó monitoreando continuamente la potencia de salida promedio y el espectro de pulsos. Cuando la configuración del láser se montaba en una mesa óptica flotante con amortiguación de vibraciones, la deriva de potencia era inferior al 3,5% durante 24 horas sin refrigeración activa.

Después de verificar el bloqueo de modo, el rendimiento de la imagen se probó utilizando objetivos de prueba simples y muestras biológicas. La fluorescencia se midió durante los ajustes de la potencia del pulso que verificaron que la señal dependía cuadráticamente de la potencia láser entregada al plano de muestra. Los especímenes biológicos manchados y no manchados fueron imageados usando el láser de fibra hecho a medida.

Como una verificación adicional de la excitación de dos fotones, se compararon imágenes hiperespectrales recogidas de microesferas fluorescentes multicolores con imágenes tomadas por excitación lineal con láseres de diodos comerciales. Finalmente, se compararon los espectros normalizados de cuentas verdes y rojas excitadas por el láser de diodo frente al láser de fibra FS personalizado. El componente de espacio libre se puede sustituir por las partes de fibra correspondientes que pueden aumentar aún más la robustez y la movilidad.

El sistema de fibra total se puede poner en un carro para escenarios clínicos. El componente de espacio libre se puede sustituir por las partes de fibra correspondientes que pueden aumentar aún más la robustez y la movilidad. El sistema de fibra total se puede poner en un carro para escenarios clínicos.

El impacto de esta tecnología es una pregunta abierta. Anticipamos que dará a los investigadores un nuevo acceso a la tecnología láser de femtosegundo y les permitirá desarrollar nuevas publicaciones.