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

Os lasers de pulso femtosegundo têm amplas aplicações em miscroscopia multifotônio. Este protocolo pode ser usado para fabricar um laser de fibra de dispersão normal femtosegundo que é compacto, robusto e barato. Comparado com lasers ultrarrápios comerciais de estado sólido, o laser produzido nesta técnica custa muito menos porque consiste apenas em peças disponíveis comercialmente.

Além disso, os lasers de fibra não precisam de resfriamento de água, por isso o tamanho do sistema é menor. Por último, mas não menos importante, os componentes de fibra não requerem alinhamento, o que torna o sistema robusto à vibração. Ao contrário dos sistemas disponíveis comercialmente, este laser não tem uma tampa para bloquear feixes indesejados.

Pessoal experiente é necessário para montar e operar o laser. Alguns experimentos parecem ser irreproduizáveis porque é muito provável que perca alguns detalhes desnecessários ao seguir instruções escritas. Na demonstração de vídeo, os telespectadores não perderão nada.

Comece por emendar fibras de modo único, ou SMFs, a fim de garantir o bom desempenho do equipamento de emenda antes que materiais de fibra óptica mais valiosos sejam usados. Retire aproximadamente 30 milímetros da fibra com uma ferramenta de descascamento de fibras. Se trabalhar com fibras frágeis, uma lâmina de barbear pode ser usada para retirar cuidadosamente o tampão.

Use um tecido sem fiapos com etanol ou isopropanol para limpar a fibra descascada. Um zumbido durante a limpeza indica que a fibra está suficientemente limpa. Em seguida, coloque o suporte de fibra no cutelo de fibra e certifique-se de que a lâmina, o grampo de fibra do cutelo e o suporte de fibra estejam todos limpos.

Carregue cuidadosamente a fibra no suporte de fibras deixando aproximadamente 25 milímetros de fibra limpa descascada na extremidade livre do cutelo para fixar. Feche delicadamente o grampo de fibra no cutelo. Para evitar o excesso de tensão na fibra, reabra e feche o grampo.

Pressione o botão Cortar e o cutelo cortará automaticamente a fibra. Use pinças com pontas arredondadas de plástico para mover a peça cortada da fibra para um recipiente de disposição afiada e transferir o suporte de fibra para o emendador de fusão. Repita o procedimento para cortar a segunda fibra.

As duas fibras a serem emendadas devem ter extremidades cortadas opostas umas às outras pelos suportes de fibra dentro do emendador de fibras. Feche a tampa do emendador e estabeleça parâmetros como Diâmetro do Núcleo, Diâmetro do Campo do Modo e Diâmetro do Revestimento. Defina o método de alinhamento para o revestimento, pressione o botão Definir e o emendador se alinhará automaticamente.

Pressione o botão Definir em cada parada para confirmar a qualidade do alinhamento. A emenda será feita automaticamente. Verifique a qualidade da emenda utilizando os controles de qualidade do emendador, bem como a visão da câmera da região.

Uma boa emenda tem um limite uniforme de revestimento e brilho uniforme ao longo da fibra de tal forma que nenhuma conjuntura de emenda é visível. Em seguida, abra a tampa do emendador e um dos suportes de fibra. Opcionalmente, uma manga de fibra pode ser adicionada para proteger a emenda e o aquecedor do emendador pode ser usado para moldar a manga sobre a fibra.

Mescorte a saída do combinador à fibra ativa dopada por ytterbium. Siga o procedimento descrito anteriormente para cortar a fibra de saída do combinador. Devido à forma de seu revestimento, a fibra ativa deve primeiro ser cortada e emendada com uma peça de fibra de modo único que será posteriormente removida.

Corte a fibra de modo único a cerca de dois centímetros do ponto de emenda com um cortador de arame. Em seguida, retire toda a extensão da fibra de modo único e 0,5 centímetros da fibra ativa que deixará a fibra ativa tampada com dois centímetros de fibra de modo único sem buffer. Carregue a fibra ativa no cutelo certificando-se de que apenas a fibra de modo único esteja presa pelo grampo de fibra.

A partir deste ponto, siga o procedimento descrito anteriormente para cortar e emendar a fibra. Segurança é a prioridade máxima. Lembre-se de colocar cada pedaço de fragmento de fibra na caixa de objeto afiada.

Além disso, os óculos de segurança a laser devem ser avisados sempre que a bomba estiver funcionando. Ligue o osciloscópio e ajuste o instrumento para o modo de acoplamento CA com o nível do gatilho definido para 30 milvolts. Mova a fibra de entrada do analisador de espectro óptico para a entrada monocromática e ajuste o dispositivo para o modo OSA.

Em seguida, bloqueie a fase do laser ajustando as placas de onda. Gire a placa de quarta onda 2 graus para frente e para trás. O espectro de bloqueio de modo consiste em dois picos estáveis com um platô entre eles.

Enquanto isso, observe um trem de pulso estável no osciloscópio. Se o espectro de bloqueio de modo não for observado, gire a placa de quarta-onda 1 vários graus em uma direção e repita a etapa anterior. Se o espectro ainda não for observado, gire o filtro birefringent vários graus e repita o processo.

A operação bloqueada foi verificada após a conclusão da fabricação de laser de fibra. A saída do espectro de pulso do oscilador laser foi centrada perto de 1070 nanômetros com a forma característica da orelha do gato, o que indica o bloqueio do modo, como previsto pela simulação numérica. Como um novo diagnóstico para bloqueio de modo, os espectros de duração do pulso e de repetição de pulso foram medidos usando o analisador de espectro de autocorrelador e radiofrequência, respectivamente.

Foram medidas as durações do pulso de 70 femtosegundos. A estabilidade do pulso foi testada monitorando continuamente a potência média de saída e o espectro de pulso. Quando a configuração do laser foi montada em uma mesa óptica flutuante com amortecimento de vibração, a deriva de potência foi inferior a 3,5% ao longo de 24 horas sem resfriamento ativo.

Após a verificação do bloqueio do modo, o desempenho da imagem foi testado utilizando alvos de teste simples e amostras biológicas. A fluorescência foi medida durante os ajustes da potência de pulso que verificaram que o sinal era quadráticomente dependente da potência laser entregue ao plano amostral. Espécimes biológicos manchados e não manchados foram imagens usando o laser de fibra personalizado.

Como uma verificação adicional da excitação de dois fótons, as imagens hiperespectrais coletadas de microesferas fluorescentes multicoloridas foram comparadas com imagens tiradas por excitação linear com lasers comerciais de diodo. Finalmente, foram comparados os espectros normalizados de contas verdes e vermelhas animados pelo laser de diodo versus o laser de fibra FS personalizado. O componente de espaço livre pode ser substituído por peças de fibra correspondentes que podem aumentar ainda mais a robustez e a mobilidade.

O sistema de fibras pode ser colocado em um carrinho para cenários clínicos. O componente de espaço livre pode ser substituído por peças de fibra correspondentes que podem aumentar ainda mais a robustez e a mobilidade. O sistema de fibras pode ser colocado em um carrinho para cenários clínicos.

O impacto dessa tecnologia é uma questão em aberto. Prevemos que dará aos pesquisadores um novo acesso à tecnologia laser femtosegundo e permitirá que eles desenvolvam novas publicações.