Fabbricazione personalizzata a basso costo e funzionamento bloccato in modalità di un laser in fibra Femtosecond a dispersione all'innormale per la microscopia multifotone

Viene presentato un metodo per costruire un laser in fibra femtosecondo a basso costo e a basso costo personalizzato per potenziali applicazioni nella microscopia multifotona, nell'endoscopia e nella fotomedicina. Questo laser è costruito utilizzando parti disponibili in commercio e tecniche di giunzione di base.

I laser a impulsi femtosecondi hanno ampie applicazioni in multifotoscopia. Questo protocollo può essere utilizzato per fabbricare un laser a fibra di dispersione tutto normale femtosecondo compatto, robusto ed economico. Rispetto ai laser commerciali a stato solido ultraveloci, il laser prodotto in questa tecnica costa molto meno perché consiste solo di parti disponibili in commercio.

Inoltre, i laser a fibra non hanno bisogno di raffreddamento ad acqua, quindi le dimensioni del sistema sono più piccole. Ultimo ma non meno importante, i componenti in fibra non richiedono allineamento, il che rende il sistema robusto alle vibrazioni. A differenza dei sistemi disponibili in commercio, questo laser non ha una copertura per bloccare i raggi indesiderati.

Personale esperto è necessario per assemblare e far funzionare il laser. Alcuni esperimenti sembrano non essere riproducibili perché è molto probabile che perdi alcuni dettagli non chiamato quando seguono istruzioni scritte. Nella dimostrazione video, gli spettatori non perderanno nulla.

Inizia splicing di fibre monomodale, o SMF, al fine di garantire le corrette prestazioni dell'apparecchiatura di giunzione prima di utilizzare materiali in fibra ottica più preziosi. Strisciare circa 30 millimetri della fibra con uno strumento di stripping delle fibre. Se si lavora con fibre fragili, una lama di rasoio può essere utilizzata per staccare con cura il tampone.

Utilizzare un tessuto privo di pelucchi con etanolo o isopropanolo per pulire la fibra spogliata. Un suono ronzio durante la pulizia indica che la fibra è sufficientemente pulita. Quindi, posizionare il supporto in fibra sulla mannaia in fibra e assicurarsi che la lama, il morsetto in fibra della mannaia e il supporto in fibra siano tutti puliti.

Caricare con cura la fibra nel supporto della fibra lasciando circa 25 millimetri di fibra pulita spogliata all'estremità libera della mannaia per bloccare. Chiudere delicatamente il morsetto in fibra sulla mannaia. Per evitare l'eccesso di tensione sulla fibra, riaprire e chiudere il morsetto.

Premi il pulsante Taglia e la mannaia taglierà automaticamente la fibra. Utilizzare una pinzetta con punte arrotondate in plastica per spostare il pezzo tagliato dalla fibra a un contenitore di smaltimento taglienti e trasferire il supporto in fibra allo splicer di fusione. Ripetere la procedura per scindere la seconda fibra.

Le due fibre da giunzione insieme dovrebbero avere estremità scissi che si oppongono l'una all'altra dai supporti in fibra all'interno dello splicer in fibra. Chiudete il coperchio dello splicer e impostate parametri quali Diametro nucleo (Core Diameter), Diametro campo modalità (Mode Field Diameter) e Diametro rivestimento (Cladding Diameter). Impostare il metodo di allineamento su Rivestimento, premere il pulsante Imposta e lo splicer si allineerà automaticamente.

Premere il pulsante Imposta ad ogni fermata per confermare la qualità dell'allineamento. La giunzione verrà eseguita automaticamente. Controllare la qualità della giunzione utilizzando i controlli di qualità dello splicer e la vista della fotocamera della regione.

Una buona giunzione ha un limite di rivestimento uniforme e una luminosità uniforme lungo la fibra in modo tale che non sia visibile alcun giuntura di giunzione. Quindi, aprire il coperchio dello splicer e uno dei supporti in fibra. Opzionalmente, è possibile aggiungere un manicotto in fibra per proteggere la giunzione e il riscaldatore dello splicer può essere utilizzato per modellare il manicotto sulla fibra.

Unire l'uscita del combinatore alla fibra attiva drogata di ytterbium. Seguire la procedura descritta in precedenza per scindere la fibra di uscita del combinatore. A causa della forma del suo rivestimento, la fibra attiva deve prima essere sciccata e spennato con un pezzo di fibra monomodale che verrà successivamente rimosso.

Tagliare la fibra monomodale a circa due centimetri dal punto di giunzione con un wirecutter. Quindi, strisciare l'intera lunghezza della fibra monomodale e 0,5 centimetri della fibra attiva che lascerà la fibra attiva limitata con due centimetri di fibra monomodale senza buffer. Caricare la fibra attiva nella mannaia assicurandosi che solo la fibra monomodale sia bloccata dal morsetto in fibra.

Da questo punto in poi, seguire la procedura precedentemente descritta per scivolo e giunzione della fibra. La sicurezza è la massima priorità. Ricorda di mettere ogni pezzo di frammento di fibra nella scatola degli oggetti affilati.

Inoltre, gli occhiali di sicurezza laser devono essere avvisati ogni volta che la pompa è in funzione. Accendere l'oscilloscopio e impostare lo strumento sulla modalità di accoppiamento CA con il livello del grilletto impostato su 30 millivolt. Spostare la fibra di input del fotodiodo dell'analizzatore di spettro ottico sull'ingresso monocromatico e impostare il dispositivo sulla modalità OSA.

Quindi, bloccare la fase del laser regolando le piastre d'onda. Ruotare la piastra a quarto d'onda di 2 diversi gradi avanti e indietro. Lo spettro di blocco della modalità è costituito da due picchi stabili con un plateau tra di loro.

Nel frattempo, osserva un treno a impulsi stabile sull'oscilloscopio. Se lo spettro di bloccaggio della modalità non viene osservato, ruotare la piastra a quarto d'onda di 1 diversi gradi in una direzione e ripetere il passaggio precedente. Se lo spettro non è ancora osservato, ruotare il filtro birifrangente di diversi gradi e ripetere il processo.

Il funzionamento con modalità bloccata è stato verificato al completamento della fabbricazione laser a fibra. L'uscita dello spettro di impulsi dall'oscillatore laser è stata centrata vicino a 1070 nanometri con la caratteristica forma dell'orecchio del gatto che indica il blocco della modalità come previsto dalla simulazione numerica. Come ulteriore diagnostica per il blocco della modalità, la durata dell'impulso e gli spettri di potenza di ripetizione dell'impulso sono stati misurati utilizzando rispettivamente l'autocorrelatore e l'analizzatore dello spettro a radiofrequenza.

Sono state misurate durate impulsi di 70 femtosecondi. La stabilità dell'impulso è stata testata monitorando continuamente la potenza media di uscita e lo spettro degli impulsi. Quando la configurazione laser è stata montata su un tavolo ottico galleggiante con smorzamento delle vibrazioni, la deriva di potenza è stata inferiore al 3,5% in 24 ore senza raffreddamento attivo.

Dopo aver verificato il blocco della modalità, le prestazioni di imaging sono state testate utilizzando semplici obiettivi di test e campioni biologici. La fluorescenza è stata misurata durante le regolazioni della potenza dell'impulso che hanno verificato che il segnale dipendesse quadranmente dalla potenza laser erogata al piano campione. Campioni biologici macchiati e non macchiati sono stati coniati utilizzando il laser a fibra costruito su misura.

Come ulteriore verifica dell'eccitazione a due fotoni, le immagini iperspettrali raccolte di microsfere fluorescenti multicolori sono state confrontate con le immagini scattate dall'eccitazione lineare con laser a diodi commerciali. Infine, sono stati confrontati gli spettri normalizzati delle perline verdi e rosse eccitate dal laser a diodi rispetto al laser a fibra FS personalizzato. Il componente dello spazio libero può essere sostituito da parti in fibra corrispondenti che possono aumentare ulteriormente la robustezza e la mobilità.

Il sistema all-fiber può essere messo su un carrello per scenari clinici. Il componente dello spazio libero può essere sostituito da parti in fibra corrispondenti che possono aumentare ulteriormente la robustezza e la mobilità. Il sistema all-fiber può essere messo su un carrello per scenari clinici.

L'impatto di questa tecnologia è una questione aperta. Prevediamo che darà ai ricercatori un nuovo accesso alla tecnologia laser al femtosecondo e consentirà loro di sviluppare nuove pubblicazioni.