Artigo de método

Fabricação personalizada de baixo custo e operação bloqueada pelo modo de um laser de fibra femtosecond de dispersão normal para microscopia multifoton

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DOI:

10.3791/60160

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22 de novembro de 2019

 ,  ,  , 
1Translational Biophotonics Cluster, Northeastern University, 2Department of Physics, Northeastern University, 3Department of Bioengineering, Northeastern University

Neste artigo

Resumo

Um método é apresentado para construir um laser de fibra de femtosegundo personalizado de baixo custo e bloqueado pelo modo para aplicações potenciais em microscopia multifoton, endoscopia e fotomedicina. Este laser é construído usando peças comercialmente disponíveis e técnicas básicas de emenda.

Resumo

Um protocolo é apresentado para construir um laser de fibra de femtosegundo (femtosecond) de baixo custo personalizado. Este laser de fibra com dopado de ytterbium (ANDi) é construído completamente usando peças comercialmente disponíveis, incluindo US$ 8.000 em componentes a laser de fibra óptica e bomba, além de US$ 4.800 em componentes ópticos padrão e acessórios extra-cavidade. Pesquisadores novos para a fabricação de dispositivos de fibra óptica também podem considerar investir em equipamentos básicos de emenda de fibra e caracterização de pulso a laser (~$63,000). Importante para a operação ideal do laser, os métodos para verificar o desempenho modo-fechado verdadeiro contra aparente (parcial ou ruído-como) são apresentados. Este sistema atinge 70 fs duração do pulso com um comprimento de onda central de aproximadamente 1.070 nm e uma taxa de repetição do pulso de 31 MHz. Este laser de fibra exibe o desempenho máximo que pode ser obtido para um sistema laser de fibra facilmente montado, o que torna este projeto ideal para laboratórios de pesquisa com o objetivo de desenvolver tecnologias laser fs compactas e portáteis que permitem novas implementações de microscopia multifoto clínica e cirurgia fs.

Introdução

Os lasers pulsados do femtosecond (fs) do estado contínuo são amplamente usados para a microscopia e a pesquisa biológica. Um exemplo típico é o uso de microscopia de fluorescência de excitação multifoton (MPE), onde a alta potência de pico e a baixa potência média são desejadas para facilitar o processo de MPE, minimizando os mecanismos de danos fotográficos. Muitos lasers de estado sólido de alto desempenho estão disponíveis comercialmente, e quando combinados com um oscilador paramétrico óptico (OPO), o comprimento de onda laser pode ser ajustado ao longo de uma ampla gama1. Por exemplo, os sistemas oscilador-OPO comerciais geram durações de pulso de 120 mejões (normalmente com uma taxa de repetição de pulso de 80 MHz) e potência média >1 W de 680 a 1.300 nm. No entanto, o custo desses sistemas a laser comerciais de fs tunable é significativo (>$200,000), e os sistemas de estado sólido geralmente exigem resfriamento de água e não são portáteis para aplicações clínicas.

Ultrashort pulsado tecnologia laser de fibra amadureceu nos últimos anos. O custo de um laser de fibra pulsada fs comercial é tipicamente significativamente menor do que lasers de estado sólido, embora sem a capacidade de ajuste de comprimento de onda amplo proporcionado pelos sistemas de estado sólido mencionados acima. Note-se que os lasers de fibra podem ser emparelhados com OPOs quando desejado (ou seja, sistemas híbridos de fibra sólida-estado). A grande relação superfície-volume de sistemas de laser de fibra permite resfriamento de ar eficiente2. Assim, os lasers de fibra são mais portáteis do que os sistemas de estado sólido devido ao seu tamanho relativamente pequeno e sistema de resfriamento simplificado. Além disso, a emenda de fusão dos componentes de fibra reduz a complexidade do sistema e a deriva mecânica em contraste com o alinhamento do espaço livre dos componentes ópticos que compõem dispositivos de estado sólido. Todas essas características tornam os lasers de fibra ideais para aplicações clínicas. Na verdade, lasers de fibra sumida foram desenvolvidos para a operação de baixa manutenção3,4,5,e todos os lasers de fibra de polarização (PM) são estáveis para fatores ambientais, incluindo mudanças de temperatura e umidade, bem como vibrações mecânicas2,6,7,8.

Aqui, um método é apresentado para construir um laser de fibra ANDi pulsado fs econômico com peças comercialmente disponíveis e técnicas padrão de emenda de fibra. Métodos para caracterizar a taxa de repetição do pulso, duração e coerência (full mode-lock) também são apresentados. O laser de fibra resultante gera pulsos bloqueados pelo modo que podem ser comprimidos para 70 fs com uma taxa de repetição de 31 MHz e um comprimento de onda centrado em 1.060 a 1.070 nm. A potência máxima da cavidade laser é de aproximadamente 1 W. A física do pulso de lasers de fibra ANDi utiliza elegantemente a evolução da polarização não linear intrínseca à fibra óptica como um componente chave do absorvente saturável2,3,9,10,11. No entanto, isso significa que o projeto ANDi não é facilmente implementado usando fibra PM (embora uma implementação de fibra de TODOS OS PM de andi modo de bloqueio tem sido relatado, embora com baixa potência e ps pulsação duração12). Assim, a estabilidade ambiental requer engenharia significativa. Projetos de laser de fibra de próxima geração, como o oscilador Mamyshev, têm o potencial de oferecer estabilidade ambiental completa como dispositivos de fibra de PM capazes de um aumento de ordem de magnitude na energia do pulso intracavidade, bem como oferecer diminuições significativas na duração do pulso para permitir aplicações que dependem de espectros de pulsoamplos 13,14. A fabricação feita encomenda destes projetos novos inovativos do laser da fibra dos fs exige a experiência do splicing do know-how e da fibra.

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Protocolo

1. Emendafibras de modo único (SMF)

NOTA: A Seção 1 consiste em etapas gerais para emendar SMFs. Esta é uma etapa não-essencial, mas recomendada, para praticar emendas da fibra usando a fibra barata. Esta etapa garante o desempenho adequado do equipamento de emenda antes de usar materiais de fibra óptica mais valiosos.

  1. Cleave a primeira fibra.
    1. Tira aproximadamente 30 milímetros da fibra com uma ferramenta de descascamento de fibra. Para fibras frágeis (por exemplo, fibras revestidas duplas), uma lâmina de barbear pode ser usada para descascar cuidadosamente o buffer.
    2. Use tecido sem fiapos com etanol ou isopropanol para limpar a fibra despojada. Um som zumbindo ao limpar a fibra indica que a fibra é suficientemente limpa.
    3. Coloque o suporte de fibra no cutelo de fibra. Certifique-se que a lâmina, a braçadeira da fibra do cutelo, e o suporte da fibra estão toda limpas. Cotonetes com álcool podem ser usados para limpar essas partes do cutelo.
    4. Cuidadosamente carregar a fibra no suporte de fibra. Deixe aproximadamente 25 milímetros de fibra limpa descascada na extremidade livre para que o cutelo clampe.
    5. Feche delicadamente a braçadeira da fibra no cutelo. Para evitar a tensão extra aplicada à fibra, reabra, e feche a braçadeira de modo que a tensão esteja liberada.
    6. Pressione o botão "corte" e o cutelo irá automaticamente abargrafar a fibra.
      NOTA: Para garantir que a fibra permanece limpa, nada deve tocar a ponta da fibra após a clivagem.
    7. Transfira o suporte da fibra ao splicer da fusão. Use pinças para mover a peça cortada da fibra para um recipiente de descarte de sharps.
      CUIDADO: Pinças duras e pontas afiadas do pino podem quebrar a fibra. Uma pinça apropriada para segurar a fibra óptica deve ter o plástico, pontas arredondadas.
  2. Cleave a segunda fibra.
    1. Repita o passo 1.1 na segunda fibra com o outro suporte de fibra. As duas fibras a serem emendadas devem ser clicadas com as extremidades cloadas mantidas opondo-se mutuamente pelos suportes de fibra dentro do splicer de fibra.
    2. Feche a capa do suplicante.
  3. Fusão emendar as fibras.
    1. Configure os parâmetros no splicer de fusão, incluindo o diâmetro do núcleo, diâmetro modo-campo (MFD) e diâmetro do revestimento. Defina o método de alinhamento ao Revestimento.
    2. Pressione o botão de partida, e o emenda alinhará automaticamente.
      NOTA: É possível receber mensagens de erro sobre uma forma de aclitimento pobre ou grande ângulo de cleave. Isto é geralmente devido a um cofre pobre ou contaminação da fibra após o cofre. Se isso ocorrer, repita o procedimento de clivagem de fibra.
    3. Pressione o botão de partida em cada parada para confirmar a qualidade da emenda. A emenda será feita automaticamente.
    4. Verifique a qualidade da emenda através das verificações de controle de qualidade realizadas pelo emenda, bem como usando a visão da câmera da região emendada. Uma boa emenda tem um limite uniforme do revestimento e um brilho uniforme ao longo da fibra tal que nenhuma conjuntura da emenda é visível.
      NOTA: Os emendas da fibra incluem frequentemente o sistema ótico para inspecionar o emenda e para estimar a perda de poder baseada na geometria, na forma, e na refração medida da luz através da fibra usando uma fonte perpendicular à fibra para ver, para visualizar, para visualizar, e analisar a junção da emenda. Claro, esta é apenas uma estimativa, mas é suficiente na maioria dos casos. Para fibras idênticas, o splicer estimará esta perda como ~0 dB (isto é, nenhuma perda detectável). De resultados anteriores com as emendas de fibra diferentes descritas abaixo, as estimativas de emenda das perdas de energia variam de 0,07 dB (emenda splice pontos B e C, Figura 1) a 0,3 dB (ponto de emenda D). Essas estimativas provavelmente superestimam a perda devido à geometria incompatível e refração da fibra óptica diferente, que falsamente aparecem como objetos dedefeitos.
    5. Abra a tampa do splicer, a seguir abra um dos suportes da fibra. O outro suporte da fibra não deve ser aberto até que a fibra emendada esteja removida do splicer.
    6. Como opção, uma manga de fibra pode ser adicionada para proteger a emenda. O aquecedor no splicer pode ser usado para moldar a luva na fibra. Alternativamente, uma arma de ar quente pode ser usada.
      NOTA: Se as duas fibras são muito longas ou anexadas a outros componentes, a manga deve ser colocada em uma das fibras antes de se aconchegar, e então ela pode ser movida para o ponto de emenda. A manga de fibra age como um tubo de encolhimento de calor em circuitos eletrônicos. Ele pode ser usado para proteger o ponto de emenda de uma força de flexão ou tração. Um recoater da fibra pode ser usado preferivelmente para recoat o ponto de emenda para a proteção máxima do ponto da emenda aos danos mecânicos, embora em uma despesa adicional significativa porque este equipamento deve ser comprado se não está prontamente - disponível.

2. Montar as peças de fibra

  1. Emendar a fibra de saída da bomba <1> com a entrada da bomba <2> do combinador de sinal da bomba (veja o diagrama de laser de fibra, Figura 1).
    1. Siga a seção 1 para aclir e emendar as fibras. Use a configuração padrão do programa BASIC I SP, com exceção dos parâmetros de fibra (2-A e 2-B) que precisam ser insumos manualmente. Os parâmetros de emenda que precisam ser inseridos podem ser encontrados na Tabela 1.
  2. Emendar a saída do combiner <3> à fibra ativa Yb-doped.
    1. Siga o passo 1.1 para apegar a fibra de saída do combinador <3>.
    2. Cleave a fibra ativa <4>.
      NOTA: Porque a fibra ativa <4> tem um revestimento octogonal, não se encaixa no v-groove do cutelo de fibra. Portanto, um simples aclides, conforme descrito na etapa 1.1, produzirá um ângulo de cleave relativamente grande. Assim, as seguintes etapas esboçam um protocolo especial para conseguir um ângulo liso da cleave usando o mesmo equipamento.
      1. Siga a seção 1 para aclir e emendar a fibra ativa <4> e um pedaço de 6/125 SMF. Este SMF é removido mais tarde e não é incorporado no laser. Portanto, é aceitável se a qualidade deste ângulo de aclitar é pobre. Não é importante obter um ângulo de cleave plana para esta etapa.
      2. Corte o SMF cerca de 2 cm do ponto de emenda com um cortador de arame.
      3. Tira todo o comprimento do SMF, e tira a fibra ativa por mais 0,5 cm. Agora a fibra ativa é tampada com 2 cm de SMF tampão.
      4. Carregue a fibra ativa no cutelo como nos passos 1.1.3-1.1.5. Certifique-se de que apenas o SMF, que tem um revestimento circular, é apertado pela braçadeira de fibra.
      5. Siga os passos 1.1.6 e 1.1.7 para apegar a fibra ativa <4>. Desde que somente o SMF está no V-sulco, este cofre renderá um ângulo mínimo da cleave.
    3. Siga o passo 1.3 para emendar as fibras.
  3. Medir aproximadamente a potência total do final distal da fibra ativa <4>.
    1. Corte a fibra ativa <4> em ~3 m do ponto de emenda . Fibra ativa mais longa pode ser usada para uma potência de saída mais alta, mas a taxa de repetição será reduzida devido ao aumento no comprimento da cavidade.
    2. Cleave o fim <4C> como mencionado no passo 1.1.
      NOTA: Como a medição de energia na próxima etapa é estimada, é desnecessário usar o método mencionado na etapa 2.2.2.
    3. Aponte a fibra para o medidor de energia e reúna o medidor de fibra e potência sem contato físico.
      AVISO: Colocar a ponta da fibra muito perto do medidor de energia possivelmente danificará o sensor do medidor de energia, já que a energia da luz está concentrada em um pequeno ponto no sensor. Para evitar isso, use uma potência mínima de energia de bomba confiável.
    4. Leia a saída de energia do medidor de energia. Um grande (>80%) a eficiência indica emendas de qualidade suficientes nos pontos e .
      NOTA: É normal ter alguma perda de energia devido à absorção da fibra ativa e devido à ineficiência do método de acoplamento ao medidor de energia, como mencionado nos passos 2.3.2 a 2.3.3.
  4. Emendar a fibra ativa <4> para a entrada <5> do collimator .
    1. Siga o passo 2.2.2 para apegar a fibra ativa <4> no final para ser emendado ao collimator.
    2. Corte a entrada <5> de collimator para aproximadamente 40 cm.
      NOTA: O comprimento da fibra passiva (<5>) não deve ser muito longo (>40 cm), porque o pulso amplificado se ampliará substancialmente no tempo e no domínio espectral devido ao aumento da modulação de auto-fase (SPM) e dispersão de velocidade do grupo (GVD) passando pela fibra de ganho (amplificação do pulso). Estes efeitos aumentarão a dificuldade de compressão do pulso.
    3. Siga os passos 1.1 e 1.3 para apegar a entrada do colibri <5> e emendar as fibras ativas e de coliimator.
      NOTA: Esta emenda emenda de uma fibra revestida dupla para um SMF pode parecer ser de qualidade inferior às emendas anteriores. No entanto, o desempenho real depende apenas do alinhamento do núcleo porque o pulso se propaga dentro do núcleo.
  5. Fibra de emenda <6> do segundo collimator para a fibra de entrada de sinal <7> do combinador.
    1. Siga a seção 1 para aclir e emendar as fibras.

3. Monte as peças de fibra para a mesa óptica

  1. Monte o laser da bomba à tabela ótica com parafusos e todas as braçadeiras necessárias.
  2. Monte o combinador do sinal da bomba à tabela ótica com grampos. A pasta térmica pode ser usada entre o combiner e a tabela, porque a tabela ótica trabalha como um dissipador de calor para o combiner.
  3. Coloque as fibras sobre a mesa. As fibras 1, 2, 3, 5, 6 e 7 podem ser enroladas individualmente para economizar espaço, enquanto a fibra ativa 4 deve ser reta ou enrolada vagamente com um raio de curvatura >20 cm. Deixe algum espaço para acessar emendas para o próximo passo.
    CUIDADO: Uma curvaforte na fibra ativa pode fazer com que o sinal da bomba escape o revestimento interno da fibra ativa. Isto pode conduzir aos pontos fatais da queimadura ao longo da fibra ativa que exigirá instalar uma fibra ativa nova.
  4. Aplique o gel de correspondência do índice para emendar . O gel de harmonização do índice é usado para guiar a luz da bomba fora da fibra ativa a fim reduzir a geração de calor e de dano térmico no ponto da emenda. Note-se que não há necessidade de refazer a fibra. É preferível deixar a fibra nua e revestida em gel de correspondência de índice para minimizar o risco de danos térmicos.
  5. Use peças optomecânicas para montar e corrigir os dois collimators e na mesa óptica. Os colisores devem enfrentar-se com uma separação de aproximadamente 35 cm para fornecer espaço suficiente para inserir os componentes do espaço livre na cavidade.

4. Montar as peças de espaço livre

  1. Ligue o laser da bomba. Defina a energia para 0,5 W (ou seja, acima do limite para bloqueio de modos, mas uma potência segura para alinhar os componentes do sistema).
    AVISO: Neste ponto, o espaço de laboratório deve ser classe IV laser certificado, óculos de segurança a laser deve ser usado, eo pessoal deve ter recebido treinamento a laser classe IV.
  2. Use um escopo infravermelho (IR) para verificar o ponto de emenda . Aplique o gel de correspondência do índice em quaisquer pontos brilhantes vistos através do escopo de RI (indicativo de pontos potenciais de danos térmicos), a fim de ajudar a escapar de luz nesses pontos de risco.
  3. Ajuste a posição dos dois colibridores para que eles estejam apontando diretamente um para o outro. Um cartão de visualização de IR pode ser usado para auxiliar o alinhamento de feixe centrado nas aberturas de entrada do colibri.
  4. Monte um divisor de feixe polarizadora (PBS) a 6 cm de distância de . Monte o sensor de um medidor de energia para que a potência do feixe de saída de laser refletido possa ser medida continuamente. O comprimento de onda do medidor de energia deve ser definido para 1.060 nm. Uma leitura típica do poder de partida com o poder da bomba de 0.5 W é ~50 mW antes do alinhamento.
  5. Ajuste os parafusos nas montagens do collimator para aumentar a leitura do medidor de poder. Continue fazendo ajustes finos até que a potência de saída atinja um valor máximo de cerca de 150 mW, o que indica um excelente alinhamento.
    NOTA: Esta etapa requer ajuste cuidadoso e paciente, que muitas vezes é demorado. É mais eficiente seguir um procedimento sistemático sistemático: Primeiro, gire os dois parafusos que ajustam o ângulo na mesma direção (X ou Y) nos dois colisantes, com um parafuso girando muito lentamente em uma direção, enquanto o outro está girando rapidamente para digitalizar todos ângulos razoáveis. Continue rastreando a leitura máxima do medidor de energia. Uma vez que o poder máximo é encontrado, mude para os parafusos, ajustando-se a outra direção. Repita a rotação lenta e a varredura rápida descrita acima. Devido a reflexões das lentes dentro de ambos os colos, é possível observar múltiplas máximas locais, alinhando os colos. A potência máxima real é muito maior (150 mW) em comparação com a maxima local (70 a 80 mW).
  6. Monte o isolador 3 cm de . Ajuste a direção dos colisantes novamente para alinhar os componentes do espaço livre e maximizar a potência de saída. A presença do isolador pode desviar ligeiramente o alinhamento do feixe, mas o poder máximo da saída é recuperado por ajustes finos aos collimators.
  7. Monte o filtro birefringent , uma placa de meia onda e duas placas de ondas de um quarto ( e ) às posições correspondentes mostradas na Figura 1. O filtro birefringent é imprensado entre dois polarizadores-um antes () e um depois (dentro do )-para criar um efeito sinusoidal do filtro da faixa-passagem. Deve haver um pequeno ângulo de incidente (3°−5°) para o a fim de controlar a faixa de comprimento de onda. Ajuste o alinhamento dos colisores mais uma vez até que o poder de saída atinja um valor máximo.

5. Configurar componentes extra-cavidade

  1. Emendar todas as três portas do divisor (Figura 1) com conectores de fibra óptica (FC) ou subminiatura versão A (SMA) conectores. Os tipos de conectores dependem das portas de entrada do fotodiodo e do analisador de espectro óptico (OSA). As etapas emendadas são idênticas às descritas na seção 1 acima.
  2. Conecte uma saída do divisor ao porto de entrada de fotodiodo da OSA e a outra saída ao fotodiodo usando conectores FC.
  3. Conecte a porta de saída de fotodiodo ao osciloscópio (OSC) com um cabo Bayonet Neill-Concelman (BNC).
  4. Conecte o collimator ao porto de entrada do divisor.
    NOTA: Usar o conector para conectar o divisor e é por conveniência. Esta conexão pode ser substituída por uma emenda, se desejar.
  5. Retire o sensor do medidor de energia.
  6. Monte o pequeno espelho e o primeiro compressor ralo na mesa óptica. Para atingir a máxima eficiência das grades do compressor, use o medidor de energia para monitorar a potência do máximo da primeira ordem, ajustando o ângulo de incidente girando a grade.
    NOTA: Um estágio rotacional pode ser usado para controlar com precisão a rotação. Como a perda devido ao deslocamento do ângulo do incidente é pequena, o estágio rotacional não é usado aqui para reduzir o custo.
  7. Monte o palco translacional sobre a mesa. Monte o segundo compressor ralo no palco translacional. A distância entre as grades deve ser de aproximadamente 2 cm para compressão ideal com ajuste fino usando o estágio translacional. Certifique-se de que as grades são paralelas.
  8. Monte o espelho compressor na mesa óptica. Este espelho deve ser vertical e perpendicular à direção em movimento do estágio translacional.
  9. Monte o resto dos espelhos, o divisor de vigas e o collimator . O alinhamento será ajustado mais tarde.
  10. Ligue o laser da bomba. Ajuste o nível da bomba para menos de 0,5 W.
  11. Use um escopo de IR para verificar a emenda . Adicione o gel de harmonização do índice a todos os pontos brilhantes.
    NOTA: Passo 5.11 deve ser feito regularmente durante o uso normal do laser.
  12. Alinhar o compressor.
    1. Use um cartão de IR para localizar o feixe, ajustar a posição de , e as grades de compressão para que o feixe de saída atravesse as peças de compressão de pulso na seguinte seqüência: , , , , , , .
    2. Tilt até um pouco para levantar o feixe refletido, fazendo-o passar acima do espelho de catador de pulso .
      NOTA: pode ser substituído por um retrorefletor de tal forma que o espelho pickoff não precisa ser angular. Ou seja, o feixe refletido será paralelo ao feixe de incidentes, mas deslocado, usando um espelho retroreflexivo para simplificar a configuração.
  13. Alinhe o colisor com um feixe de saída do divisor de feixe.
    1. Ligue o OSA e defina o dispositivo para o modo Power Meter.
    2. Ajuste o ângulo do espelho e o colibri para maximizar a entrada de energia. A leitura do poder deve estar acima de -10 dBm.

6. Desempenho bloqueado pelo modo de ingestão com caracterização da saída do pulso de laser

  1. Ligue o OSC e defina o instrumento para o modo de acoplamento AC com o nível de gatilho definido para 30 mV.
  2. Mova a fibra de entrada de fotodiodo OSA para entrada monocromática. Defina o dispositivo no modo OSA.
  3. Bloqueie a fase do laser ajustando as placas de onda15.
    1. Gire vários graus para frente e para trás. O espectro de bloqueio de modo consiste aproximadamente em dois picos estáveis com um platô entre eles (ou seja, uma chamada orelha de gato ou forma de Batman). Enquanto isso, um trem de pulso estável pode ser observado no OSC.
    2. Se o espectro de bloqueio de modo não for observado, gire vários graus em uma direção e repita o passo 6.3.1.
    3. Se o espectro de bloqueio de modo não pode ser observado repetindo 6,3,2, em seguida, girar vários graus e repetir passo 6.3.2.
      NOTA: Existem vários modos característicos da operação a laser que podem ser distinguidos observando o OSA: 1. Um ou dois picos estreitos (~1 nm). Trata-se de emissões espontâneas amplificadas (ASE). 2. Um pico ruidoso de largura (~50 nm) com linhas quebradas que aparecem aleatòria. Este é um espectro parcial de bloqueio de modo (PML). Neste modo de pulso semelhante ao ruído, a intensidade e a duração de cada pulso varia, o que resulta em má qualidade de imagem, a menos que se integre as flutuações de pulso em tempos de residência de pixels mais longos. 173. Um pico ASE com um fundo muito barulhento consistindo de muitos picos de baixa amplitude. Este é um modo de comutação de Q não-modo-bloqueado. Quando neste modo, o bloqueio de modos muitas vezes pode ser alcançado girando em um pequeno ângulo. 4. O espectro de bloqueio de modo saque. As "orelhas" normalmente têm amplitudes diferentes com um espectro plano entre as características de borda afiada. Davoudzadeh et al. fornecem medições detalhadas e resultados ilustrativos para cada um desses modos de operação17.
  4. Adquirir e analisar o espectro de radiofrequência (RF).
    1. Desconecte o cabo BNC do OSC e conecte-o ao analisador do espectro do RF.
      NOTA: O uso de um adaptador de tee BNC não é recomendado, porque o solo forma um loop fechado, o que induz um eco dentro do circuito. O analisador de espectro rf não é mostrado na Figura 1,porque ele assume a mesma posição que o OSC quando em uso.
    2. Siga o manual de instruções do analisador do espectro de RF para localizar o pico do espectro primário. A frequência aproximada esperada pode ser calculada com base no tempo entre dois pulsos usando o OSC.
    3. Ajuste delicadamente as placas da onda e o filtro birefringent para maximizar a relação do sinal-à-ruído, que é a altura do pico preliminar relativo ao fundo.
      NOTA: O espectro rf de bloqueio de modo deve ser um único pico sem lobos laterais. Para a melhor qualidade de imagem, o SNR deve chegar a pelo menos 70 dB. O espectro na OSA deve ser cuidadosamente monitorado, mantendo o controle da forma espectral Batman, para garantir que o laser permanece mode-locked.
  5. Siga as instruções do fabricante para alinhar e operar o autocorrelator para medir a duração do pulso. A segunda saída do divisor do feixe da extra-cavidade pode ser usada. Uma vez que a duração do pulso pode ser medida, ajuste cuidadosamente o estágio translacional em que é montado para ajustar a distância entre as duas grades para ajustar a duração do pulso.
    NOTA: Para facilitar o alinhamento, é melhor montar espelho e separadamente das duas grades e do estágio translacional para o qual eles são montados. Observe também que os pulsos picosecond são observados como um pedestal largo junto com uma característica central do pico do pulso dos fs durante a operação parcialmente modo-travada17.
  6. Aumentar gradualmente a energia da bomba acima de 0,5 W para encontrar a potência máxima da bomba. Poderes até ~5W foram testados. Use o escopo ir para observar constantemente a fibra ativa <4>. Se um ponto brilhante aparece, o poder da bomba é demasiado elevado dentro da cavidade, e é provável queimar a fibra ativa neste nível da bomba.
    NOTA: A potência máxima do sistema depende do comprimento da fibra ativa e do alinhamento dos componentes do espaço livre da in-cavidade. Os protocolos descritos aqui atingem poderes de saída até 1 W sem o aparecimento de pontos brilhantes ou queimaduras na cavidade, e esse poder é mais do que suficiente para a maioria das aplicações de imagem. Potências de saída mais elevadas não foram testadas, mas podem ser possíveis, embora a multipulsagem seja susceptível de resultarem 16,17,18.

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Resultados

É fundamental verificar a operação bloqueada pelo modo após a conclusão dos procedimentos de fabricação de laser de fibra. Assinaturas de geração de pulso fs ideal e estabilidade laser são as seguintes: Primeiro, o pulso de saída pode ser suficientemente caracterizado pela instrumentação delineada na etapa 6. A saída do espectro de pulso do oscilador de laser deve ser centrada perto de 1.070 nm com a característica orelha-gato ou forma do Batman que indica o bloqueio do modo, como previst...

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Discussão

Os protocolos descritos aqui sintetizam know-how e experiência que têm sido prática comum no laboratório de física laser por décadas, mas que é freqüentemente desconhecido para muitos pesquisadores biomédicos. Este trabalho tenta tornar esta tecnologia laser de fibra ultrarrápida mais acessível à comunidade em geral. O projeto do laser da fibra de ANDi é bem-estabelecido, como desenvolvido primeiramente em trabalhos seminais por Sábio e por colegas3. No entanto, as implementações dessa tecnologia ...

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Divulgações

Os autores não declaram interesses concorrentes.

Agradecimentos

Agradecemos aos Drs. E. Cronin-Furman e M. Weitzman (Olympus Corporation do Americas Scientific Solutions Group) pela assistência na aquisição de imagens. Este trabalho foi apoiado pelo National Institutes of Health Grant K22CA181611 (para B.Q.S.) e pela Richard and Susan Smith Family Foundation (Newton, M.A.) Smith Family Award for Excellence in Biomedical Research (para B.Q.S.).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Adaptadores, espelhos, postes, montagens e estágio de translação (optomecânica)ThorlabsTR6-P5 (3x), AD12NT (2x), PFSQ20-03-M01, PFSQ05-03-M01, KMS, KM100C, KM100CL, KM200S, LT1, LT101, UPH2-P5, UPH3-P5 (2x)Componentes ópticos padrão
Cutelo de fibra óptica avançadoAFLCT-100
AutocorrelacionadorFemtochromeFR-103XL/IR/FA/CDA
Montagem do divisor de feixesThorlabsBSH1/M
Splicer de fusão de fábricaAFLFSM-100P
Colimadores de fibraOZ Optics (Canadá)LPC-08-1064-6/125-S-1.6-7.5AS-60-X-1-2-HPC3x
Detector de fotodiodo de alta velocidade acoplado a fibraThorlabsDET08CFC
Isolador de espaço livreThorlabsIO-5-1050-HP
Isolador de espaço livreThorlabsIO-3D-1050-VLP
Meia placa de ondaUnion Optics (China)WPZ23122x
Módulo de bomba de fibra multimodo de alta potênciaGauss Lasers (China)Bomba-MM-976-10
Bomba de alta potência e combinador de sinalITF Technology (Canadá)MMC02112DF1
Gel de correspondência de índiceThorlabsG608N3
Analisador de espectro ópticoKeysightAgilent 70951B
OsciloscópioKeysightAgilent 54845A
Fibra dupla passiva (5/130 μ m)Tecnologia ITF (Canadá)MMC02112DF13m, Incluído com combinador
Divisor de feixe polarizadorThorlabsPBS253
Placas de onda de um quartoUnion Optics (China)WPZ43122x
Placa de filtro birrefringente de quartzoNewlight (Canadá)BIR1060
Analisador de espectro de RFTektronixRSA306B
Fibra monomodo (6/125 μ m)OZ Optics (Canadá)LPC-08-1064-6/125-S-1.6-7.5AS-60-X-1-2-HPC1m, Incluído com colimadores
Acoplador de fibra monomodoAFW (Austrália)FOSC-2-64-30-L-1-H64-2
Grade de difração de transmissão 1LightSmythT-1000-1040-3212-94Para compressor
Grade de difração de transmissão 2LightSmythT-1000-1040-60x12.3-94Para compressor
Montagem de rotação de placa de ondaThorlabsRSP1 / M4x
fibra dupla revestida de modo único dopado com itérbioThorlabsYB1200-6 / 125DC3m

Referências

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  2. Xu, C., Wise, F. Recent advances in fibre lasers for nonlinear microscopy. Nature Photonics. 7, 875(2013).
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