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Engineering

मल्टीफोर्न माइक्रोस्कोपी के लिए एक ऑल-नॉर्मल-डिस्ग्रेशन फेमटोसेकंड फाइबर लेजर का कम लागत वाला कस्टम फैब्रिकेशन और मोड-लॉक ऑपरेशन

Published: November 22, 2019 doi: 10.3791/60160
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2, 1,2,3
1Translational Biophotonics Cluster, Northeastern University, 2Department of Physics, Northeastern University, 3Department of Bioengineering, Northeastern University

Summary

मल्टीफोर्न माइक्रोस्कोपी, एंडोस्कोपी और फोटोमेडिसिन में संभावित अनुप्रयोगों के लिए एक कस्टम कम लागत, मोड-लॉक्ड फेमटोसेकंड फाइबर लेजर बनाने के लिए एक विधि प्रस्तुत की जाती है। यह लेजर व्यावसायिक रूप से उपलब्ध भागों और बुनियादी स्प्लिसिंग तकनीकों का उपयोग करके बनाया गया है।

Abstract

एक प्रोटोकॉल एक कस्टम कम लागत अभी तक उच्च प्रदर्शन femtosecond (fs) फाइबर लेजर बनाने के लिए प्रस्तुत किया है । यह सभी सामान्य फैलाव (ANDi) ytterbium-doped फाइबर लेजर पूरी तरह से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध भागों का उपयोग कर बनाया गया है, फाइबर ऑप्टिक और पंप लेजर घटकों में $८,००० सहित, प्लस मानक ऑप्टिकल घटकों और अतिरिक्त गुहा सामान में $४,८०० । शोधकर्ताओं ने फाइबर ऑप्टिक डिवाइस निर्माण के लिए नए भी बुनियादी फाइबर splicing और लेजर पल्स लक्षण वर्णन उपकरण (~ $६३,०००) में निवेश करने पर विचार कर सकते हैं । इष्टतम लेजर ऑपरेशन के लिए महत्वपूर्ण, स्पष्ट बनाम स्पष्ट (आंशिक या शोर की तरह) मोड-लॉक प्रदर्शन को सत्यापित करने के तरीके प्रस्तुत किए जाते हैं। यह प्रणाली लगभग 1,070 एनएम की केंद्र तरंगदैर्ध्य और 31 मेगाहर्ट्ज की पल्स पुनरावृत्ति दर के साथ 70 एफएस पल्स अवधि प्राप्त करती है। यह फाइबर लेजर पीक प्रदर्शन को प्रदर्शित करता है जिसे आसानी से इकट्ठे फाइबर लेजर सिस्टम के लिए प्राप्त किया जा सकता है, जो कॉम्पैक्ट और पोर्टेबल एफएस लेजर प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के उद्देश्य से अनुसंधान प्रयोगशालाओं के लिए इस डिजाइन को आदर्श बनाता है जो नए कार्यान्वयन को सक्षम करते हैं क्लीनिकल मल्टीफोटॉन माइक्रोस्कोपी और एफएस सर्जरी।

Introduction

ठोस राज्य femtosecond (fs) स्पंदित लेजर व्यापक रूप से माइक्रोस्कोपी और जैविक अनुसंधान के लिए उपयोग किया जाता है। एक विशिष्ट उदाहरण मल्टीफोटॉन उत्तेजना (एमपीई) फ्लोरेसेंस माइक्रोस्कोपी का उपयोग है, जहां फोटोक्षति तंत्र को कम करते हुए एमपीई प्रक्रिया को सुविधाजनक बनाने के लिए उच्च चोटी की शक्ति और कम औसत शक्ति वांछित है। कई उच्च प्रदर्शन ठोस राज्य लेजर व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं, और जब एक ऑप्टिकल पैरामेट्रिक ऑसिलेटर (ओपीओ) के साथ संयुक्त, लेजर तरंगदैर्ध्य एक विस्तृत श्रृंखला1पर देखते किया जा सकता है । उदाहरण के लिए, वाणिज्यिक ऑसिलेटर-ओपीओ सिस्टम (आमतौर पर 80 मेगाहर्ट्ज पल्स पुनरावृत्ति दर के साथ) और 680 से 1,300 एनएम तक और 1 डब्ल्यू औसत शक्ति उत्पन्न करते हैं। हालांकि, इन वाणिज्यिक tunable एफएस लेजर सिस्टम की लागत महत्वपूर्ण है (>$200,000), और ठोस राज्य प्रणालियों को आम तौर पर पानी ठंडा करने की आवश्यकता होती है और नैदानिक अनुप्रयोगों के लिए पोर्टेबल नहीं हैं।

अल्ट्राशॉर्ट स्पंदित फाइबर लेजर तकनीक पिछले कुछ वर्षों में परिपक्व हो गई है। एक वाणिज्यिक एफएस स्पंदित फाइबर लेजर की लागत आम तौर पर ठोस राज्य लेजर की तुलना में काफी कम है, हालांकि ऊपर उल्लिखित ठोस राज्य प्रणालियों द्वारा वहन व्यापक तरंगदैर्ध्य ट्यूनिंग की क्षमता के बिना। ध्यान दें कि फाइबर लेजर OPOs के साथ जोड़ा जा सकता है जब वांछित (यानी, संकर फाइबर ठोस राज्य प्रणाली) । फाइबर लेजर सिस्टम का बड़ा सतह से मात्रा अनुपात कुशल हवा ठंडा2सक्षम बनाता है । इसलिए, फाइबर लेजर उनके अपेक्षाकृत छोटे आकार और सरलीकृत शीतलन प्रणाली के कारण ठोस राज्य प्रणालियों की तुलना में अधिक पोर्टेबल हैं। इसके अलावा, फाइबर घटकों के संलयन स्प्लिस ठोस राज्य उपकरणों को बनाने वाले ऑप्टिकल घटकों के मुक्त-अंतरिक्ष संरेखण के विपरीत सिस्टम जटिलता और यांत्रिक बहाव को कम करता है। इन सुविधाओं के सभी फाइबर लेजर नैदानिक अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाते हैं। वास्तव में, कम रखरखाव आपरेशन3,4,5,और सभी ध्रुवीकरण को बनाए रखने (प्रधानमंत्री) के लिए सभी फाइबर लेजर विकसित किया गया है-फाइबर लेजर तापमान और आर्द्रता में परिवर्तन के साथ ही यांत्रिक कंपन2,6,7,8सहित पर्यावरणीय कारकों के लिए स्थिर हैं ।

यहां, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध भागों और मानक फाइबर स्प्लिसिंग तकनीकों के साथ लागत-कुशल एफएस स्पंदित ANDi फाइबर लेजर बनाने के लिए एक विधि प्रस्तुत की जाती है। पल्स पुनरावृत्ति दर, अवधि, और जुटना (पूर्ण मोड-लॉक) की विशेषता के तरीके भी प्रस्तुत किए जाते हैं। परिणामस्वरूप फाइबर लेजर मोड-लॉक ्ड दालें उत्पन्न करता है जिन्हें 31 मेगाहर्ट्ज की पुनरावृत्ति दर और 1,060 से 1,070 एनएम पर केंद्रित तरंगदैर्ध्य के साथ 70 एफएस तक संकुचित किया जा सकता है। लेजर गुहा से अधिकतम बिजली उत्पादन लगभग 1 डब्ल्यू है। ANDi फाइबर लेजर की नाड़ी भौतिकी सुंदर ढंग से सटरे बल अवशोषक2,3,9,10,11के एक प्रमुख घटक के रूप में ऑप्टिकल फाइबर के लिए नैपर ध्रुवीकरण विकास आंतरिक का उपयोग करता है । हालांकि, इसका मतलब यह है कि ANDi डिजाइन आसानी से प्रधानमंत्री फाइबर का उपयोग कर लागू नहीं है (हालांकि ANDi मोड-लॉकिंग के एक सभी प्रधानमंत्री फाइबर कार्यान्वयन की सूचना दी गई है, हालांकि कम शक्ति और पीएस पल्स अवधि12के साथ) । इस प्रकार, पर्यावरण स्थिरता के लिए महत्वपूर्ण इंजीनियरिंग की आवश्यकता होती है। अगली पीढ़ी के फाइबर लेजर डिजाइन, जैसे Mamyshev दोलन, सभी प्रधानमंत्री फाइबर इंट्राकैविटी पल्स ऊर्जा में एक आदेश की परिमाण में वृद्धि करने में सक्षम उपकरणों के रूप में पूर्ण पर्यावरण स्थिरता की पेशकश करने की क्षमता है और साथ ही पल्स अवधि में महत्वपूर्ण कमी की पेशकश करने के लिए अनुप्रयोगों है कि व्यापक पल्स स्पेक्ट्रा13,14पर भरोसा सक्षम । इन अभिनव नए एफएस फाइबर लेजर डिजाइन के कस्टम निर्माण के लिए पता है कि कैसे और फाइबर splicing अनुभव की आवश्यकता है।

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Protocol

1. स्प्लिस सिंगल मोड फाइबर (एसएमएफ)

नोट: धारा 1 में एसएमएफ को स्प्लिस करने के लिए सामान्य कदम होते हैं। यह एक गैर-आवश्यक है, लेकिन सस्ती फाइबर का उपयोग करके फाइबर स्प्लिस का अभ्यास करने के लिए कदम की सिफारिश की गई है। यह कदम अधिक मूल्यवान फाइबर ऑप्टिक सामग्री का उपयोग करने से पहले स्प्लिसिंग उपकरणों का उचित प्रदर्शन सुनिश्चित करता है।

  1. पहले फाइबर क्लीव।
    1. फाइबर स्ट्रिपिंग टूल के साथ फाइबर के लगभग 30 मिमी पट्टी करें। नाजुक फाइबर (जैसे, डबल पहने फाइबर) के लिए, बफर को ध्यान से छीलने के लिए एक रेजर ब्लेड का उपयोग किया जा सकता है।
    2. छीन े गए फाइबर को साफ करने के लिए इथेनॉल या आइसोप्रोपेनॉल के साथ लिंट-फ्री टिश्यू का उपयोग करें। फाइबर पोंछते समय एक गूंज ध्वनि इंगित करता है कि फाइबर पर्याप्त रूप से साफ है।
    3. फाइबर धारक को फाइबर क्लीवर पर रखें। सुनिश्चित करें कि ब्लेड, क्लीवर का फाइबर क्लैंप, और फाइबर धारक सभी साफ हैं। क्लीवर के इन हिस्सों को साफ करने के लिए अल्कोहल के साथ कॉटन झाड़ू का इस्तेमाल किया जा सकता है।
    4. फाइबर धारक में सावधानी से लोड करें। क्लैंप करने के लिए क्लैंप करने के लिए मुक्त अंत में लगभग 25 मिमी छीन लिया, साफ फाइबर छोड़ दें।
    5. क्लीवर पर फाइबर क्लैंप को धीरे से बंद करें। फाइबर पर लागू अतिरिक्त तनाव से बचने के लिए, क्लैंप को फिर से खोलें, और बंद करें ताकि तनाव जारी हो।
    6. "कट" बटन दबाएं और क्लीवर स्वचालित रूप से फाइबर को क्लीव कर देगा।
      नोट: यह सुनिश्चित करने के लिए कि फाइबर साफ रहता है, कुछ भी नहीं क्लीविंग के बाद फाइबर टिप को छूना चाहिए।
    7. फाइबर धारक को फ्यूजन स्प्लिकर में स्थानांतरित करें। फाइबर से कटे हुए टुकड़े को शार्प्स डिस्पोजल कंटेनर में ले जाने के लिए चिमटी का उपयोग करें।
      सावधानी: हार्ड चिमटी और तेज चिमटी युक्तियां फाइबर तोड़ सकते हैं। फाइबर ऑप्टिक्स से निपटने के लिए एक उपयुक्त चिमटी प्लास्टिक, गोल युक्तियां होनी चाहिए।
  2. दूसरा फाइबर क्लीव।
    1. अन्य फाइबर धारक के साथ दूसरे फाइबर पर चरण 1.1 दोहराएं। दो फाइबर कटा हुआ होना चाहिए क्लीव्ड फाइबर स्प्लिकर के भीतर फाइबर धारकों द्वारा एक दूसरे का विरोध आयोजित समाप्त होता है के साथ cleaved किया जाना चाहिए ।
    2. स्प्लिकर के कवर को बंद करें।
  3. फ्यूजन फाइबर को स्प्लिस करता है।
    1. संलयन स्प्लिकर पर मापदंडों को स्थापित करें, जिसमें कोर व्यास, मोड-फील्ड व्यास (एमएफडी), और क्लैडिंग व्यास शामिल हैं। क्लैडिंग के लिए अलाइनमेंट विधि सेट करें।
    2. स्टार्ट बटन दबाएं, और स्प्लिकर स्वचालित रूप से संरेखित होगा।
      नोट: खराब क्लीव आकार या बड़े क्लीव कोण के बारे में त्रुटि संदेश प्राप्त करना संभव है। यह आमतौर पर क्लीव के बाद फाइबर के खराब क्लीव या संदूषण के कारण होता है। यदि ऐसा होता है, तो फाइबर क्लीविंग प्रक्रिया दोहराएं।
    3. स्प्लिस की गुणवत्ता की पुष्टि करने के लिए प्रत्येक स्टॉप पर स्टार्ट बटन दबाएं। स्प्लिस अपने आप हो जाएगा।
    4. स्प्लिस क्षेत्र के कैमरा व्यू का उपयोग करके स्प्लिकर द्वारा किए गए गुणवत्ता नियंत्रण जांच के साथ-साथ स्प्लिस की गुणवत्ता की जांच करें। एक अच्छी स्प्लिस में फाइबर के साथ एक समान क्लैडिंग सीमा और समान चमक होती है जैसे कि कोई स्प्लिस मोड़ दिखाई नहीं देता है।
      नोट: फाइबर स्प्लिकर्स में अक्सर स्प्लिस का निरीक्षण करने और फाइबर के माध्यम से मापा ज्यामिति, आकार और प्रकाश अपवर्तन के आधार पर बिजली हानि का अनुमान लगाने के लिए प्रकाशिकी शामिल होती है, जो फाइबर को देखने, छवि और स्प्लिस संयुक्त का विश्लेषण करने के लिए फाइबर के लंबवत स्रोत का उपयोग करते हैं। बेशक, यह केवल एक अनुमान है, लेकिन यह ज्यादातर मामलों में पर्याप्त है । समान फाइबर के लिए, स्प्लिकर ~ 0 डीबी (यानी, कोई पता लगाने योग्य नुकसान) के रूप में इस नुकसान का अनुमान लगाएगा। नीचे वर्णित भिन्न फाइबर स्प्लिस के साथ पिछले परिणामों से, बिजली नुकसान का स्प्लिकर अनुमान 0.07 डीबी (स्प्लिस पॉइंट्स बी और सी, फिगर 1)से लेकर 0.3 डीबी (स्प्लिस पॉइंट डी) तक है। ये अनुमान सबसे अधिक संभावना बेमेल ज्यामिति और असमान फाइबर प्रकाशिकी के अपवर्तन के कारण होने वाले नुकसान को अधिक आंकते हैं, जो दोष वस्तुओं के रूप में झूठा दिखाई देते हैं।
    5. स्प्लिकर कवर खोलें, फिर फाइबर धारकों में से एक खोलें। अन्य फाइबर धारक को तब तक नहीं खोला जाना चाहिए जब तक कि स्प्लिसर से स्प्लिस फाइबर को हटा न दिया जाए।
    6. एक विकल्प के रूप में, स्प्लिस की रक्षा के लिए फाइबर स्लीव जोड़ा जा सकता है। स्प्लिकर पर हीटर का उपयोग आस्तीन को फाइबर पर ढालने के लिए किया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, एक गर्म हवा बंदूक का उपयोग किया जा सकता है।
      नोट: यदि दो फाइबर बहुत लंबे हैं या अन्य घटकों से जुड़े हुए हैं, तो आस्तीन को क्वालेजिंग से पहले फाइबर में से एक पर रखा जाना चाहिए, और फिर इसे स्प्लिसिंग पॉइंट पर ले जाया जा सकता है। फाइबर आस्तीन इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में एक गर्मी हटना ट्यूब की तरह कार्य करता है। इसका उपयोग स्प्लिसिंग पॉइंट को झुकने या खींचने वाले बल से बचाने के लिए किया जा सकता है। एक फाइबर रीकोटर के बजाय यांत्रिक क्षति के लिए स्प्लिस बिंदु की अधिकतम सुरक्षा के लिए स्प्लिस बिंदु को फिर से कोट करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, हालांकि एक महत्वपूर्ण अतिरिक्त खर्च पर क्योंकि इस उपकरण को खरीदा जाना चाहिए अगर यह आसानी से उपलब्ध नहीं है ।

2. फाइबर भागों को इकट्ठा

  1. पंप सिग्नल कंबाइंडर के पंप इनपुट <2> के साथ पंप आउटपुट फाइबर & 1> स्प्लिस (फाइबर लेजर आरेख, चित्रा 1देखें) ।
    1. फाइबर को क्लीव करने और स्प्लिस करने के लिए सेक्शन 1 का पालन करें। फाइबर मापदंडों (2-ए और 2-बी) के अपवाद के साथ कार्यक्रम बेसिक आई एसपी की डिफ़ॉल्ट सेटिंग का उपयोग करें, जिसे मैन्युअल रूप से इनपुट करने की आवश्यकता है। जिन स्प्लिसिंग पैरामीटर ्सप्पी को दर्ज करने की आवश्यकता है, वे तालिका 1में पाए जा सकते हैं ।
  2. वाईबी-डॉप्ड एक्टिव फाइबर के लिए कंबाइन आउटपुट <3> स्प्लिस करें ।
    1. कंबाइंड आउटपुट फाइबर & 3>को क्लीव करने के लिए स्टेप 1.1 का पालन करें ।
    2. सक्रिय फाइबर और एलटी;4>क्लीव करें।
      नोट: क्योंकि सक्रिय फाइबर और एलटी; 4> में अष्टकोणीय क्लैडिंग है, यह फाइबर क्लीवर के वी-ग्रूम को फिट नहीं करता है। इसलिए, चरण 1.1 में वर्णित एक साधारण क्लीव अपेक्षाकृत बड़े क्लीव कोण की उपज होगी। इस प्रकार, निम्नलिखित कदम एक ही उपकरण का उपयोग करके एक फ्लैट क्लीव कोण प्राप्त करने के लिए एक विशेष प्रोटोकॉल की रूपरेखा तैयार करते हैं।
      1. सक्रिय फाइबर और एलटी;4> और 6/125 एसएमएफ के एक टुकड़े को क्लीव करने और स्प्लिस करने के लिए धारा 1 का पालन करें । इस एसएमएफ को बाद में हटा दिया जाता है और लेजर में शामिल नहीं किया जाता है। इसलिए, यदि इस क्लीव कोण की गुणवत्ता खराब है तो यह स्वीकार्य है। इस कदम के लिए फ्लैट क्लीव एंगल प्राप्त करना महत्वपूर्ण नहीं है।
      2. एसएमएफ को स्प्लिसिंग पॉइंट से करीब 2 सेमी तार कटर से काट लें।
      3. एसएमएफ की पूरी लंबाई को पट्टी करें, और सक्रिय फाइबर को 0.5 सेमी के लिए पट्टी करें। अब सक्रिय फाइबर बफरलेस एसएमएफ के 2 सेमी के साथ छाया हुआ है।
      4. 1.1.3-1.1.5 चरणों में क्लीवर में सक्रिय फाइबर लोड करें। सुनिश्चित करें कि केवल एसएमएफ, जिसमें एक परिपत्र क्लैडिंग है, फाइबर क्लैंप द्वारा क्लैंप किया जाता है।
      5. सक्रिय फाइबर और एलटी;4> को क्लीव करने के लिए चरण 1.1.6 और 1.1.7 का पालन करें। चूंकि केवल एसएमएफ वी-ग्रूम में है, इसलिए यह क्लीव न्यूनतम क्लीव कोण निकलेगा।
    3. फाइबर स्प्लिस करने के लिए चरण 1.3 का पालन करें।
  3. मोटे तौर पर सक्रिय फाइबर और एलटी;4> के डिस्टल अंत से कुल बिजली उत्पादन को मापें।
    1. सक्रिय फाइबर और एलटी;4> स्प्लिस पॉइंट से ~ 3 मीटर पर काटें। लंबे समय तक सक्रिय फाइबर एक उच्च उत्पादन शक्ति के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन गुहा लंबाई में वृद्धि के कारण पुनरावृत्ति दर कम हो जाएगा ।
    2. अंत और एलटी; 4C> जैसा कि चरण 1.1 में उल्लेख किया गया है।
      नोट: क्योंकि अगले चरण में बिजली माप का अनुमान है, यह कदम 2.2.2 में उल्लिखित विधि का उपयोग करने के लिए अनावश्यक है।
    3. फाइबर को पावर मीटर की ओर इंगित करें और भौतिक संपर्क के बिना फाइबर और पावर मीटर को एक साथ लाएं।
      चेतावनी: फाइबर की नोक भी बिजली मीटर के करीब डाल संभवतः बिजली मीटर सेंसर को नुकसान होगा, के रूप में प्रकाश शक्ति सेंसर पर एक छोटे से बिंदु पर केंद्रित है । इससे बचने के लिए, न्यूनतम विश्वसनीय पंप पावर का उपयोग करें।
    4. बिजली मीटर से बिजली उत्पादन पढ़ें। एक बड़ा (>80%) दक्षता थ्रूपुट अंकों और एलटी;एएंडजीटी; और पर पर्याप्त गुणवत्ता की स्पिकल्स इंगित करता है।
      नोट: सक्रिय फाइबर के अवशोषण के कारण और बिजली मीटर के लिए युग्मन विधि की अक्षमता के कारण, जैसा कि चरण 2.3.2 से 2.3.3 तक उल्लेख किया गया है, के कारण कुछ बिजली हानि होना सामान्य है।
  4. कोलिगेटर के इनपुट <5> के लिए सक्रिय फाइबर & 4> स्प्लिस ।
    1. एंड एंड एंड एलटी एंड सीएंडजीटी पर एक्टिव फाइबर &एलटी एंड 4> कोलेमिलेटर के लिए स्प्लिज करने के लिए स्टेप 2.2.2 का पालन करें।
    2. कोलिलेटर के इनपुट & 5> लगभग 40 सेमी तक काट ें।
      नोट: निष्क्रिय फाइबर (<5>) की लंबाई बहुत लंबी (>40 सेमी) नहीं होनी चाहिए, क्योंकि एम्प्लिन्ड पल्स समय में काफी व्यापक होगी और बढ़ी हुई आत्म-चरण मॉड्यूलेशन (एसपीएम) और समूह वेग फैलाव (जीवीडी) के कारण स्पेक्ट्रल डोमेन लाभ फाइबर (पल्स प्रवर्धन) के माध्यम से पारित होने के बाद। इन प्रभावों से पल्स कंप्रेशन की दिक्कत बढ़ेगी।
    3. कोलिलेटर इनपुट <5> को क्लीव करने के लिए 1.1 और 1.3 कदम ों का पालन करें और सक्रिय और कोलिमूर्तिर फाइबर को स्प्लिस करें।
      नोट: एसएमएफ के लिए डबल पहने फाइबर का यह स्प्लिस पूर्व स्प्लिक्स की तुलना में कम गुणवत्ता का प्रतीत हो सकता है। हालांकि, वास्तविक प्रदर्शन केवल कोर संरेखण पर निर्भर करता है क्योंकि नाड़ी कोर के भीतर प्रचारित करती है।
  5. दूसरे कोलिलेटर सिग्नल इनपुट फाइबर & 7> कंफर्बांटर के लिए स्प्लिस फाइबर & 6>
    1. फाइबर को क्लीव करने और स्प्लिस करने के लिए सेक्शन 1 का पालन करें।

3. ऑप्टिकल टेबल पर फाइबर भागों माउंट

  1. शिकंजा और किसी भी आवश्यक क्लैंप के साथ ऑप्टिकल टेबल पर पंप लेजर माउंट।
  2. पंप सिग्नल कंबाइंडर को क्लैंप के साथ ऑप्टिकल टेबल पर माउंट करें। थर्मल पेस्ट का उपयोग संयोजन और तालिका के बीच किया जा सकता है, क्योंकि ऑप्टिकल टेबल संयोजन के लिए गर्मी सिंक के रूप में काम करता है।
  3. तंतुओं को मेज पर रखें। फाइबर 1, 2, 3, 5, 6, और 7 को अंतरिक्ष को बचाने के लिए व्यक्तिगत रूप से कुंडलित किया जा सकता है, जबकि सक्रिय फाइबर 4 को या तो वक्रता >gt;20 सेमी के दायरे के साथ सीधे या ढीला होना चाहिए । अगले कदम के लिए स्प्लिस सावधानी: सक्रिय फाइबर में एक मजबूत मोड़ सक्रिय फाइबर के आंतरिक क्लैडिंग से बचने के लिए पंप संकेत का कारण बन सकता है। यह सक्रिय फाइबर के साथ घातक बर्न पॉइंट्स का कारण बन सकता है जिसे एक नया सक्रिय फाइबर स्थापित करने की आवश्यकता होगी।
  4. स्प्लिस एंड एलटी;सीएंडजीटी के लिए इंडेक्स मैचिंग जेल लागू करें। इंडेक्स मिलान जेल का उपयोग पंप लाइट को सक्रिय फाइबर से बाहर मार्गदर्शन करने के लिए किया जाता है ताकि स्प्लिस बिंदु पर गर्मी और थर्मल क्षति की पीढ़ी को कम किया जा सके। ध्यान दें कि फाइबर को रीकोट करने की कोई आवश्यकता नहीं है। थर्मल क्षति के जोखिम को कम करने के लिए फाइबर नंगे और इंडेक्स मिलान जेल में लेपित छोड़ना बेहतर है।
  5. ऑप्टिकल टेबल पर दो कोलिमाटर्स & Col2> माउंट और फिक्स करने के लिए ऑप्टोमैकेनिकल पार्ट्स का इस्तेमाल करें । कोलिमाटर्स को लगभग 35 सेमी के अलगाव के साथ एक दूसरे का सामना करना चाहिए ताकि इन-कैविटी फ्री-स्पेस घटकों को डालने के लिए पर्याप्त जगह प्रदान की जा सके।

4. मुक्त अंतरिक्ष भागों को इकट्ठा

  1. पंप लेजर चालू करें। 0.5 डब्ल्यू (यानी, मोड-लॉकिंग के लिए सीमा से ऊपर- सिस्टम घटकों को संरेखित करने के लिए एक सुरक्षित शक्ति) के लिए बिजली सेट करें।
    चेतावनी: इस बिंदु पर, प्रयोगशाला अंतरिक्ष चतुर्थ श्रेणी लेजर प्रमाणित होना चाहिए, लेजर सुरक्षा चश्मे पहना जाना चाहिए, और कर्मियों चतुर्थ श्रेणी लेजर प्रशिक्षण प्राप्त किया होगा ।
  2. स्प्लिस पॉइंट की जांच करने के लिए इंफ्रारेड (आईआर) स्कोप का इस्तेमाल करें । इन जोखिम बिंदुओं पर प्रकाश से बचने में मदद करने के लिए आईआर स्कोप (थर्मल क्षति के संभावित बिंदुओं का संकेत) के माध्यम से देखे गए किसी भी उज्ज्वल स्थानों पर इंडेक्स मिलान जेल लागू करें।
  3. दोनों कोलिमाओं की स्थिति को समायोजित करें ताकि वे सीधे एक-दूसरे पर इशारा कर रहे हों। एक आईआर देखने के कार्ड का उपयोग कोलिमेटर प्रवेश द्वार पर केंद्रित बीम संरेखण की सहायता के लिए किया जा सकता है।
  4. एक ध्रुवीकरण बीम स्प्लिटर (पीबीएस) 6 सेमी दूर माउंट । एक पावर मीटर के सेंसर को माउंट करें ताकि परावर्तित लेजर आउटपुट बीम की शक्ति को लगातार मापा जा सके। बिजली मीटर की तरंगदैर्ध्य 1,060 एनएम निर्धारित की जाए। 0.5 डब्ल्यू पंप पावर के साथ एक विशिष्ट शुरुआती पावर रीडिंग संरेखण से पहले ~ 50 मीटर है।
  5. बिजली मीटर की रीडिंग बढ़ाने के लिए कॉलिमेटर माउंट पर शिकंजा एडजस्ट करें। ठीक समायोजन करना जारी रखें जब तक आउटपुट पावर लगभग 150 मीटर के अधिकतम मूल्य तक न पहुंच जाए, जो एक उत्कृष्ट संरेखण को इंगित करता है।
    नोट: इस कदम के लिए सावधान और रोगी समायोजन की आवश्यकता होती है, जो अक्सर समय लेने वाली होती है। एक व्यवस्थित व्यवस्थित प्रक्रिया का पालन करना सबसे कुशल है: सबसे पहले, दो कोलिमाटर्स पर एक ही दिशा (एक्स या वाई) में कोण को समायोजित करने वाले दो शिकंजा को घुमाएं, एक पेंच एक दिशा में बहुत धीरे-धीरे घूर्णन करता है जबकि दूसरा सभी को स्कैन करने के लिए तेजी से घूर्णन कर रहा है उचित कोण। बिजली मीटर से अधिकतम रीडिंग पर नजर रखें। एक बार अधिकतम शक्ति मिल जाने के बाद, शिकंजा पर स्विच करें, दूसरी दिशा में समायोजित करें। ऊपर वर्णित धीमी गति से घुमाएं और तेजी से स्कैन दोहराएं। दोनों कोलिमाटर्स के अंदर लेंस से प्रतिबिंब के कारण, कोलिमाटर्स को संरेखित करते समय कई स्थानीय मैक्सिमा का निरीक्षण करना संभव है। वास्तविक अधिकतम शक्ति स्थानीय मैक्सिमा (70 से 80 मीटर) की तुलना में बहुत अधिक (150 मीटर) है।
  6. से आइसोलेटर 3 सेमी माउंट करें । मुक्त अंतरिक्ष घटकों को संरेखित करने और आउटपुट पावर को अधिकतम करने के लिए कॉलिमाटर की दिशा को फिर से समायोजित करें। आइसोलेटर की उपस्थिति बीम संरेखण को थोड़ा मोड़ सकती है, लेकिन अधिकतम आउटपुट पावर कोलिमाटर्स को ठीक समायोजन द्वारा पुनर्प्राप्त की जाती है।
  7. फिगर 1में दिखाए गए इसी पदों पर बिरेडेंडेंट फिल्टर & BF>, एक हाफ वेव प्लेट & एचडब्ल्यूपीएंड जीटी;और दो चौथाई वेव प्लेटें (& QWP2>) को माउंट करें । बिरेफ्रिंजेंट फिल्टर को दो पोलाबर्जरों-एक से पहले () और एक के बाद () के बीच सैंडविच किया जाता है-एक सिनसोइडल बैंड-पास फिल्टर प्रभाव बनाने के लिए । तरंगदैर्ध्य सीमा को नियंत्रित करने के लिए के लिए एक छोटा (3° −5°) घटना कोण होना चाहिए। कोलिमाटर्स के संरेखण को एक बार फिर ट्यून करें जब तक कि आउटपुट पावर अधिकतम मूल्य तक न पहुंच जाए।

5. अतिरिक्त गुहा घटकों की स्थापना

  1. फाइबर ऑप्टिक कनेक्टर (एफसी) या सबमिनिएचर वर्जन ए (SMA) कनेक्टर के साथ स्प्लिटर(चित्रा 1)के सभी तीन बंदरगाहों को स्प्लिस करें। कनेक्टर के प्रकार फोटोडायोड और ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम एनालाइजर (ओएसए) के इनपुट पोर्ट पर निर्भर करते हैं। ऊपर धारा 1 में वर्णित उन लोगों के समान स्प्लिस कदम हैं।
  2. विभाजनकर्ता के एक आउटपुट को ओएसए के फोटोडायोड इनपुट पोर्ट और अन्य आउटपुट को एफसी कनेक्टर्स का उपयोग करके फोटोडायोड से कनेक्ट करें।
  3. फोटोडायोड आउटपुट पोर्ट को ऑस्टसिस्कोप (ओएससी) से एक संगीन नील-कॉनसेलमैन (बीएनसी) केबल से कनेक्ट करें।
  4. कोलिगेटर को स्प्लिटर के इनपुट पोर्ट से कनेक्ट करें ।
    नोट: स्प्लिटर और & Col3> को जोड़ने के लिए कनेक्टर का उपयोग करना सुविधा के लिए है। यदि वांछित हो तो इस कनेक्शन को स्प्लिस से बदला जा सकता है।
  5. बिजली मीटर का सेंसर हटा दें।
  6. छोटे दर्पण और एलटी;एम1 एंड जीटी; और ऑप्टिकल टेबल पर पहला कंप्रेसर झंझरी माउंट । कंप्रेसर झंझरी की अधिकतम दक्षता प्राप्त करने के लिए, झंझरी घुमाकर घटना कोण को समायोजित करते समय अधिकतम पहले आदेश की शक्ति की निगरानी करने के लिए बिजली मीटर का उपयोग करें।
    नोट: रोटेशन को ठीक से नियंत्रित करने के लिए एक घूर्णन चरण का उपयोग किया जा सकता है। चूंकि घटना कोण ऑफसेट के कारण होने वाला नुकसान छोटा है, इसलिए लागत को कम करने के लिए यहां घूर्णन चरण का उपयोग नहीं किया जाता है।
  7. मेज पर अनुवाद मंच माउंट। ट्रांसलेशनल स्टेज पर दूसरा कंप्रेसर झंझरी माउंट करें । अनुवाद चरण का उपयोग करके ठीक समायोजन के साथ इष्टतम संपीड़न के लिए झंझरी के बीच की दूरी लगभग 2 सेमी होनी चाहिए। सुनिश्चित करें कि झंझरी समानांतर हैं।
  8. ऑप्टिकल टेबल पर कंप्रेसर मिरर माउंट करें । यह दर्पण अनुवादमंच की चलती दिशा के लिए ऊर्ध्वाधर और लंबवत होना चाहिए।
  9. बाकी दर्पणों, बीम स्प्लिटर और कोलिगेटर माउंट करें। संरेखण को बाद में समायोजित किया जाएगा।
  10. पंप लेजर चालू करें। पंप स्तर को 0.5 डब्ल्यू से कम समायोजित करें।
  11. स्प्लिस और एलटी;सीएंडजीटी की जांच करने के लिए आईआर स्कोप का उपयोग करें। किसी भी चमकीले धब्बे के लिए सूचकांक मिलान जेल जोड़ें।
    नोट: लेजर के सामान्य उपयोग के दौरान चरण 5.11 नियमित रूप से किया जाना चाहिए।
  12. कंप्रेसर को संरेखित करते हैं।
    1. बीम का पता लगाने, की स्थिति को समायोजित करने और संपीड़न झंझरी के लिए आईआर कार्ड का उपयोग करें ताकि आउटपुट बीम निम्नलिखित अनुक्रम में पल्स संपीड़न भागों को पार कर सके: ,; , , ।
    2. चिंतनित बीम को बढ़ाने के लिए थोड़ा ऊपर झुकाव & M2> जिससे यह पल्स पिकर मिरर & M1>के ऊपर से गुजरता है ।
      नोट: को रेट्रोरिफ्लेक्टर द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है ताकि पिकऑफ मिरर & एम1 एंड जीटी; को कोण की जरूरत न हो । यही है, परिलक्षित बीम घटना बीम के समानांतर होगा, लेकिन विस्थापित, सेटअप को सरल बनाने के लिए एक रेट्रोरिफ्लेक्टिव मिरर का उपयोग कर ।
  13. बीम स्प्लिटर के एक आउटपुट बीम के साथ कोलिलेटर को संरेखित करएं।
    1. ओएसए चालू करें और डिवाइस को पावर मीटर मोड पर सेट करें।
    2. पावर इनपुट को अधिकतम करने के लिए दर्पण और एलटी;एम 3&जीटी; और कोलिगेटर के कोण को समायोजित करें। पावर रीडिंग -10 डीबीएम से ऊपर होनी चाहिए।

6. लेजर पल्स आउटपुट के लक्षण वर्णन के साथ मोड-लॉक प्रदर्शन प्राप्त करना

  1. ओएससी चालू करें और उपकरण को 30 एमवी में सेट ट्रिगर स्तर के साथ एसी युग्मन मोड में सेट करें।
  2. मोनोक्रोमेटिक इनपुट के लिए ओएसए फोटोडायोड इनपुट फाइबर ले जाएँ। डिवाइस को ओएसए मोड पर सेट करें।
  3. वेव प्लेटों को15को समायोजित करके लेजर के चरण को लॉक करें ।
    1. घुमाएं कई डिग्री आगे-पीछे। मोड-लॉकिंग स्पेक्ट्रम में मोटे तौर पर उन दोनों के बीच एक पठार के साथ दो स्थिर चोटियां होती हैं (यानी, एक तथाकथित बिल्ली-कान या बैटमैन आकार)। इस बीच ओएससी पर स्थिर पल्स ट्रेन देखी जा सकती है।
    2. यदि मोड-लॉकिंग स्पेक्ट्रम नहीं देखा जाता है, तो एक दिशा में कई डिग्री घुमाएं और दोहराएं और 6.3.1 कदम दोहराएं।
    3. यदि मोड-लॉकिंग स्पेक्ट्रम को 6.3.2 दोहराकर नहीं देखा जा सकता है, तो कई डिग्री घुमाएं और दोहराएं और 6.3.2 कदम दोहराएं।
      नोट: लेजर ऑपरेशन के कई विशिष्ट तरीके हैं जिन्हें ओएसए देखकर प्रतिष्ठित किया जा सकता है: 1. एक या दो संकीर्ण (~ 1 एनएम) चोटियों। ये प्रवर्धित सहज उत्सर्जन (एएसई) हैं। 2. बेतरतीब ढंग से दिखाई देने वाली टूटी हुई लाइनों के साथ एक विस्तृत (~ 50 एनएम) शोर चोटी। यह आंशिक मोड-लॉक (पीएमएल) स्पेक्ट्रम है। इस शोर की तरह पल्स मोड में प्रत्येक पल्स की तीव्रता और अवधि भिन्न होती है, जिसके परिणामस्वरूप खराब छवि गुणवत्ता होती है जब तक कि कोई लंबे समय तक पिक्सेल निवास समय पर नाड़ी के उतार-चढ़ाव को एकीकृत नहीं करता है। 17 3. एक बहुत शोर पृष्ठभूमि के साथ एक ASE चोटी कई कम आयाम चोटियों से मिलकर । यह एक नॉन-मोड-लॉक्ड क्यू-स्विचिंग मोड है। जब इस मोड में, मोड-लॉकिंग को अक्सर एक छोटे कोण पर घुमाकर और एलटी;QWP1> द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। 4. बैटमैन के आकार का मोड-लॉकिंग स्पेक्ट्रम। "कान" आम तौर पर तेज बढ़त सुविधाओं के बीच एक फ्लैट स्पेक्ट्रम के साथ अलग आयाम है । दाउदज़ादेह एट अल. ऑपरेशन17के इन तरीकों में से प्रत्येक के लिए विस्तृत माप और उदाहरण परिणाम प्रदान करते हैं।
  4. रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) स्पेक्ट्रम का अधिग्रहण और विश्लेषण करें।
    1. बीएनसी केबल को ओएससी से डिस्कनेक्ट कर आरएफ स्पेक्ट्रम एनालाइजर से कनेक्ट करें।
      नोट: बीएनसी टी एडाप्टर का उपयोग करने की सिफारिश नहीं की जाती है, क्योंकि जमीन एक बंद लूप बनाती है, जो सर्किट के भीतर एक गूंज लाती है। आरएफ स्पेक्ट्रम एनालाइजर को चित्र 1में नहीं दिखाया गया है, क्योंकि यह उपयोग में आने पर ओएससी के समान स्थिति लेता है।
    2. प्राथमिक स्पेक्ट्रम चोटी का पता लगाने के लिए आरएफ स्पेक्ट्रम एनालाइजर अनुदेश मैनुअल का पालन करें। अनुमानित अपेक्षित आवृत्ति ओएससी का उपयोग करके दो दालों के बीच के समय के आधार पर गणना की जा सकती है।
    3. सिग्नल-टू-शोर अनुपात को अधिकतम करने के लिए तरंग प्लेटों और बिरिडेंट फिल्टर को धीरे से समायोजित करें, जो पृष्ठभूमि के सापेक्ष प्राथमिक चोटी की ऊंचाई है।
      नोट: मोड लॉकिंग आरएफ स्पेक्ट्रम कोई पक्ष पालि के साथ एक चोटी होना चाहिए । बेहतरीन इमेजिंग क्वालिटी के लिए एसएनआर को कम से कम 70 डीबी तक पहुंचना चाहिए। ओएसए पर स्पेक्ट्रम ध्यान से निगरानी की जानी चाहिए, बैटमैन स्पेक्ट्रल आकार का ट्रैक रखते हुए, यह सुनिश्चित करने के लिए लेजर मोड-लॉक रहता है।
  5. पल्स अवधि को मापने के लिए ऑटोकॉर्रेटर को संरेखित करने और संचालित करने के निर्माता निर्देशों का पालन करें। अतिरिक्त गुहा बीम स्प्लिटर से दूसरा आउटपुट इस्तेमाल किया जा सकता है। एक बार पल्स अवधि को मापा जा सकता है, ध्यान से अनुवाद मंच है जिस पर और lt;G2> पल्स की अवधि धुन करने के लिए दो झंझरी के बीच की दूरी को समायोजित करने के लिए मुहिम शुरू की है समायोजित करें ।
    नोट: संरेखण को कम करने के लिए, दर्पण और एलटी;एम1 एंड जीटी; और & एम 2 एंड जीटी; को दो झंझरी और अनुवादात्मक चरण से अलग-अलग माउंट करना सबसे अच्छा है, जिस पर वे घुड़सवार हैं। यह भी ध्यान दें कि पिकोसेकंड दालों को आंशिक रूप से मोड-लॉक ऑपरेशन17के दौरान केंद्रीय एफएस पल्स पीक सुविधा के साथ एक व्यापक आसन के रूप में मनाया जाता है।
  6. धीरे-धीरे अधिकतम पंप पावर खोजने के लिए 0.5 डब्ल्यू से ऊपर पंप पावर बढ़ाएं। ~5W तक की शक्तियों का परीक्षण किया गया है। सक्रिय फाइबर और एलटी;4>का लगातार निरीक्षण करने के लिए आईआर स्कोप का उपयोग करें। यदि एक उज्ज्वल स्थान दिखाई देता है, तो गुहा के भीतर पंप की शक्ति बहुत अधिक होती है, और इस पंप स्तर पर सक्रिय फाइबर को जलाने की संभावना है।
    नोट: सिस्टम की अधिकतम शक्ति सक्रिय फाइबर की लंबाई और इन-कैविटी फ्री-स्पेस घटकों के संरेखण पर निर्भर करती है। यहां वर्णित प्रोटोकॉल उज्ज्वल धब्बे या गुहा को जलने की उपस्थिति के बिना 1 डब्ल्यू तक उत्पादन शक्तियों तक पहुंचते हैं, और यह शक्ति अधिकांश इमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त से अधिक है। उच्च उत्पादन शक्तियों का परीक्षण नहीं किया गया था लेकिन संभव हो सकता है, हालांकि मल्टीपल्सिंग का परिणाम16,17,18होने की संभावना है ।

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Representative Results

फाइबर लेजर निर्माण प्रक्रियाओं के पूरा होने पर मोड-लॉक ऑपरेशन को सत्यापित करना महत्वपूर्ण है। इष्टतम एफएस पल्स जनरेशन और लेजर स्थिरता के हस्ताक्षर इस प्रकार हैं: सबसे पहले, आउटपुट पल्स को चरण 6 में उल्लिखित इंस्ट्रूमेंटेशन की पर्याप्त विशेषता हो सकती है। लेजर ऑसिलेटर से पल्स स्पेक्ट्रम आउटपुट को 1,070 एनएम के पास विशिष्ट बिल्ली-कान या बैटमैन आकार के साथ केंद्रित किया जाना चाहिए जो डीआई पल्स भौतिकी15 (चित्रा 2ए)के संख्यात्मक सिमुलेशन द्वारा भविष्यवाणी के अनुसार मोड-लॉकिंग को इंगित करता है। हालांकि विशेषता स्पेक्ट्रम पल्स जुटना का एक उत्कृष्ट संकेतक है, अतिरिक्त परीक्षणों के लिए पूर्ण मोड ताला, स्थिरता, और अपेक्षित लेजर प्रदर्शन सुनिश्चित करने की आवश्यकता है । मोड-लॉकिंग के लिए एक और नैदानिक के रूप में, पल्स अवधि और पल्स पुनरावृत्ति शक्ति स्पेक्ट्रा क्रमशः ऑटोकोरेटर और आरएफ स्पेक्ट्रम एनालाइजर का उपयोग करके मापा जाता है। मोड-लॉक ऑपरेशन के दौरान दोनों मापों के लिए आसन के बिना एक चोटी की उम्मीद की जाती है। ऑटोसहसंबंध मापन के दौरान, ग्रेटिंग जोड़ी को पल्स संपीड़न प्राप्त करने के लिए ट्यून किया जा सकता है। 70 एफएस (पूर्ण चौड़ाई-आधा-अधिकतम) की पल्स अवधि(चित्रा 2बी)मापा गया था। यह डिचिरप्ड पल्स अवधि वर्तमान लेजर डिजाइन के अनुमानित रूपांतरण सीमित संपीड़न के दृष्टिकोण: परिवर्तन सीमा मापा नाड़ी स्पेक्ट्रम का उपयोग कर गणना की है । दूसरा, औसत उत्पादन शक्ति और पल्स स्पेक्ट्रम की लगातार निगरानी करके पल्स स्थिरता का परीक्षण किया जा सकता है । जब लेजर सेटअप कंपन डैम्पिंग के साथ फ्लोटिंग ऑप्टिकल टेबल पर रखा जाता है तो सक्रिय शीतलन के बिना 24 घंटे(चित्रा 2सी)से अधिक पावर बहाव ± 3.5% से कम है। स्थिरता का यह स्तर कई इमेजिंग प्रयोगों के लिए पर्याप्त है। प्रणाली तो स्थिर और स्वयं एक सप्ताह से अधिक के लिए शुरू रहता है जब नीचे संचालित । मुक्त स्थान घटक यांत्रिक बहाव से गुजरते हैं और मोड-लॉक कई हफ्तों के बाद खो जाता है, लेकिन मोड-लॉकिंग को अक्सर चरण 6 में उल्लिखित तरंग प्लेटों के मामूली समायोजन द्वारा फिर से प्राप्त किया जा सकता है।

एक बार मोड-लॉकिंग सत्यापित हो जाने के बाद, सरल परीक्षण लक्ष्य और जैविक नमूनों का उपयोग करके व्यावहारिक एमपीई और nonlinear माइक्रोस्कोपी प्रयोगों के दौरान इमेजिंग प्रदर्शन का परीक्षण करना भी महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, कस्टम फाइबर लेजर आउटपुट को दो-फोटॉन उत्तेजना (2PE) फ्लोरेसेंस इमेजिंग(चित्रा 3ए)के लिए एक वाणिज्यिक लेजर स्कैनिंग माइक्रोस्कोप में निर्देशित किया जा सकता है। ध्यान दें कि अतिरिक्त गुहा आइसोलेटर, हालांकि नुकसानी, लेजर ऑसिलेटर में प्रवेश करने से माइक्रोस्कोप प्रकाशिकी से वापस प्रतिबिंब को रोकने के लिए आवश्यक है। ये बैक रिफ्लेक्शन अक्सर इमेजिंग के दौरान मोड-लॉकिंग और फ्लोरेसेंस सिग्नल जनरेशन को बाधित करते हैं। यहां, एकत्र फ्लोरेसेंस सिग्नल को बढ़ाने के लिए अधिकतम आकार सेटिंग के लिए सेट एक पिनहोल के साथ एक वाणिज्यिक कॉन्फोकल लेजर स्कैनिंग माइक्रोस्कोप और एक डेस्केन डिटेक्टर के साथ एक परीक्षण किया गया था। माइक्रोस्कोपी के लिए एक सरल परीक्षण नमूना फ्लोरोसेंट रंग े समाधान का माप है। एक सुझाया गया पहला माइक्रोस्कोपी प्रयोग तटस्थ घनत्व फिल्टर के एक सेट का उपयोग करपल्स पावर के समायोजन के दौरान फ्लोरोसेंट डाये सिग्नल को मापने के लिए है। यह सत्यापित करने में मदद करता है कि फ्लोरेसेंस सिग्नल नमूना विमान(चित्रा 3बी)को दिए गए लेजर पावर पर चतुर्भुज है, जो 2PE के लिए अपेक्षित प्रतिक्रिया है। इसके बाद, जैविक नमूनों की छवियों को उदाहरण के लिए ,चित्रा 3सी,एक अनदाग, फिक्स्ड नमकीन झींगा नमूना) के साथ-साथ कोलेजन फाइब्रिल्स से दूसरी हार्मोनिक पीढ़ी (एसएचजी) और एक्सट्रिंसिक फ्लोरोसेंट दाग के 2PE (देखें चित्रा 3डी,एक हौसले से उत्पादित चिकन ऊतक नमूना rhodaminbe बी) का उपयोग कर एकत्र किया जा सकता है। 2PE के अतिरिक्त सत्यापन के रूप में, बहुरंगी फ्लोरोसेंट माइक्रोस्फीयर परीक्षण लक्ष्यों की 2पी हाइपरस्पेक्ट्रल छवियों को एकत्र करने की तुलना वाणिज्यिक डायोड लेजर(चित्र 4)के साथ रैखिक उत्तेजना द्वारा ली गई हाइपरस्पेक्ट्रल छवियों से की गई थी। एकल फोटॉन उत्तेजना और 2PE फ्लोरेसेंस स्पेक्ट्रा का विश्लेषण किया गया और वाणिज्यिक, सतत तरंग 514 एनएम और 594 एनएम लेजर द्वारा अलग से उत्साहित दो फ्लोरोसेंट रंगों के अनुरूप माइक्रोस्फीयर रंगों में से दो की तुलना में। कस्टम-निर्मित लेजर से उत्साहित फ्लोरेसेंस स्पेक्ट्रा वाणिज्यिक निरंतर तरंग लेजर (एकल-फोटॉन उत्तेजना) के साथ उठाए गए स्पेक्ट्रा के समान हैं। सामूहिक रूप से, इन परिणामों से संकेत मिलता है कि कस्टम एफएस फाइबर लेजर 2PE फ्लोरेसेंस और एसएचजी उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त पीक पावर और एकरूपता के साथ दालें उत्पन्न करता है।

Figure 1
चित्रा 1: कस्टम फाइबर लेजर और पल्स लक्षण वर्णन सेटअप की योजनाबद्ध। गिने काले लाइनों 1 और 2 पंप लेजर उत्पादन का संकेत मिलता है। गिने हुए काले लाइनें 3−7 मीटर में इंगित स्प्लिस बिंदुओं के बीच प्रत्येक फाइबर की लंबाई के साथ इंट्राकैविटी फाइबर का संकेत देती हैं। बिना नंबर वाली काली रेखाएं अतिरिक्त गुहा फाइबर का संकेत देती हैं। क्रॉस (एक्स) मार्क्स स्प्लिस पॉइंट्स का संकेत देते हैं । लाल रेखाएं मुक्त अंतरिक्ष प्रकाश पथ हैं। ओएससी और फोटोडायोड (पीडी) के बीच मोटी काली रेखा एक बीएनसी केबल को इंगित करती है। आरएफ स्पेक्ट्रम एनालाइजर, जो इस्तेमाल किए जाने पर ओएससी के समान स्थिति लेता है, को इस आंकड़े में नहीं दिखाया गया है क्योंकि आरएफ स्पेक्ट्रम एनालाइजर को बीएनसी कनेक्टर का उपयोग करके ओएससी के लिए सेटअप में स्वैप किया जा सकता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: लेजर लक्षण वर्णन के परिणाम। (क)न्यूमेरिकल सिमुलेशन की तुलना में मोड-लॉकिंग ऑपरेशन से आउटपुट पल्स का स्पेक्ट्रम। (ख)ट्रांसफॉर्म सीमा के संख्यात्मक सिमुलेशन की तुलना में डिचिरप्ड पल्स की तीव्रता ऑटोसहसंबंध संकेत । (ग)दो 24 घंटे स्थिरता परीक्षणों के दौरान लेजर की आउटपुट पावर। (Davoudzadeh एट अल17से अनुकूलित) कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: एमपीई माइक्रोस्कोपी प्रदर्शन परीक्षणों के परिणाम। (A)कस्टम निर्मित फाइबर लेजर के योजनाबद्ध अपने उत्पादन के साथ एक वाणिज्यिक conफोकल माइक्रोस्कोप में निर्देशित । (ख)लॉग-लॉग प्लॉट लेजर आउटपुट पावर के एक समारोह के रूप में एमपीई फ्लोरेसेंस सिग्नल की चतुर्भुज निर्भरता का प्रदर्शन करता है, जो फ्लोरोसेंट डाया के समाधान का उपयोग करके मापा जाता है । (C)कस्टम एफएस फाइबर लेजर का उपयोग करके एक अनदाग और निश्चित नमकीन झींगा नमूने की 2PE ऑटोफ्लोरेसेंस छवि। (घ)कस्टम एफएस फाइबर लेजर का उपयोग करके एक हौसले से उत्पादित चिकन ऊतक से कोलेजन फाइब्रिल्स और रोडामिन बी-दाग कोशिकाओं की 2PE फ्लोरेसेंस (मजेंटा) का एसएचजी (सियान) । स्केल बार = 50 माइक्रोन( दाउदज़ादेह एट अल.17से अनुकूलित) इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 4
चित्रा 4: वाणिज्यिक डायोड लेजर का उपयोग करके कस्टम एफएस फाइबर लेजर बनाम एकल-फोटॉन उत्तेजना (1PE) का उपयोग करके 2PE फ्लोरेसेंस की तुलना। (क)कई अलग-अलग डायोड लेजर (बाएं; 1पीई तरंगदैर्ध्य एनएम में सूचीबद्ध हैं) का उपयोग करके स्पेक्ट्राव अलग माइक्रोमोतियों की एक मल्टीचैनल 1पीई छवि एक ही मोतियों की फ्लोरोसेंट तीव्रता प्रोफ़ाइल एक 514 एनएम डायोड लेजर (मध्य) और कस्टम एफएस फाइबर लेजर (दाएं) द्वारा उत्साहित। स्केल बार = 50 माइक्रोन।(बी)हरी (बाएं) और लाल (दाएं) मोतियों का सामान्यीकृत स्पेक्ट्रा डायोड लेजर बनाम कस्टम एफएस फाइबर लेजर से उत्साहित है। (Davoudzadeh एट अल17से अनुकूलित) कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

स्प्लिसिंग पॉइंट एक बी सी D
लेफ्ट फाइबर इंडेक्स 1 3 4 6
एल कोटिंग व्यास (μm) 250 250 250 250
एल पहने व्यास (μm) 125 130 125 125
एल कोर व्यास (μm) 105 5 6 6
एल एमएफडी (माइक्रोन) 105 4.8 7 6.2
राइट फाइबर इंडेक्स 2 4 5 7
आर कोटिंग व्यास (μm) 250 250 250 250
आर पहने व्यास (μm) 125 125 125 130
आर कोर व्यास (μm) 105 6 6 5
आर एमएफडी (माइक्रोन) 105 7 6.2 4.8

तालिका 1: पंप लेजर फाइबर स्प्लिस पॉइंट (ए) के साथ-साथ तीन इंट्राकैविटी फाइबर स्प्लिस पॉइंट्स (बी-डी) के लिए मापदंडों का सारांश। यहां प्रकाश प्रचार की दिशा बाएं फाइबर से दाएं फाइबर तक होती है। एल = स्प्लिस संयुक्त में छोड़ दिया फाइबर; आर = स्प्लिस संयुक्त में सही फाइबर; एमएफडी = मतलब क्षेत्र व्यास।

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Discussion

यहां रेखांकित प्रोटोकॉल पता है कि कैसे और विशेषज्ञता है कि दशकों के लिए लेजर भौतिकी प्रयोगशाला में आम अभ्यास किया गया है संश्लेषण, लेकिन जो अक्सर कई जैव चिकित्सा शोधकर्ताओं के लिए अपरिचित है । यह काम इस अल्ट्राफास्ट फाइबर लेजर तकनीक को व्यापक समुदाय के लिए अधिक सुलभ बनाने का प्रयास करता है। ANDi फाइबर लेजर डिजाइन अच्छी तरह से स्थापित है, के रूप में पहली बार बुद्धिमान और सहयोगियों द्वारा मौलिक कार्यों में विकसित3। हालांकि, अन्य समूहों द्वारा इस तकनीक के कार्यान्वयन के परिणामस्वरूप कभी-कभी लेजर की रिपोर्ट हुई है जो ठीक से काम नहीं करती है, जो पल्स लक्षण वर्णन और मोड-लॉक ऑपरेशन के गैर-तुच्छ पहलुओं में बायोमेडिकल शोधकर्ताओं को और शिक्षित करने की आवश्यकता को दर्शाती है।

ध्यान दें कि कस्टम लेजर निर्माण और संचालन आम तौर पर लेजर ऑपरेशन और सुरक्षा से अपरिचित प्रयोगशालाओं के लिए उपयुक्त नहीं है। लेजर सुरक्षा प्रशिक्षण और खतरों के विचार एक वर्ग 4 लेजर के निर्माण के प्रयास से पहले आवश्यक है । क्योंकि लेजर सिस्टम खुला है, दो प्रमुख प्रतिबिंब बीम (कंप्रेसर झंझरी और इन-कैविटी पीबीएस से आ रहे हैं) और अन्य प्रकाशिकी से कई मामूली प्रतिबिंब जिन्हें अवरुद्ध करने की आवश्यकता है। संरेखण को बनाए रखने के लिए मुक्त-अंतरिक्ष घटकों को एक स्थिर ऑप्टिकल टेबल पर सुरक्षित किया जाना चाहिए। इसके विपरीत, वाणिज्यिक लेजर हमेशा सुरक्षा के लिए संलग्न होते हैं और अक्सर ऑटो-संरेखण तंत्र का उपयोग करते हैं, जिससे उन्हें संचालित करने में आसान और सुरक्षित बनाया जाता है।

जैसा कि उल्लेख किया गया है, कस्टम एफएस फाइबर लेजर यहां प्रस्तुत शायद सबसे अच्छा प्रदर्शन है कि एक आसानी से निर्मित प्रणाली है कि सामग्री की लागत को कम करने के लिए उंमीद की जा सकती है का प्रतिनिधित्व करता है । स्प्लिस का डिजाइन और गुणवत्ता लेजर दक्षता, निर्माण में आसानी और बिंदु क्षति को जलाने के लिए मजबूती के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है। कम गुणवत्ता वाली स्प्लिस केवल पंप आउटपुट दक्षता को कम नहीं कर सकती है, बल्कि ऑपरेशन के दौरान गर्मी भी उत्पन्न करती है और इस प्रकार गुहा को नुकसान पहुंचाती है। उच्च गुणवत्ता वाले स्प्लिस को प्राप्त करने के लिए, किसी को यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता है कि फाइबर क्लीवर और स्प्लिकर साफ हैं। जैसा कि ऊपर बताया गया है, शराब से लथपथ कपास झाड़ू का उपयोग नियमित आधार पर सभी काम करने वाली सतहों को साफ करने के लिए किया जाना चाहिए। इसके अलावा, जब बड़े क्लीव कोण (>0.3°) होते हैं, तो स्प्लिस गुणवत्ता में सुधार करने के लिए दृढ़ता से सलाह दी जाती है।

एक बार मोड-लॉक होने के बाद, सिस्टम काफी स्थिर है और एक सप्ताह से अधिक की अवधि के दौरान स्वयं शुरू रहता है। समय के साथ सिस्टम या फ्री-स्पेस घटकों के यांत्रिक बहाव में आकस्मिक क्षोभ के मामले में, सिस्टम मोड-लॉकिंग खो देगा, लेकिन मोड-लॉकिंग लेजर को अक्सर तरंग प्लेटों को थोड़ा समायोजित करके आसानी से बरामद किया जा सकता है। स्थिर उत्पादन बनाए रखने के लिए, सक्रिय फाइबर का तापमान नियंत्रण महत्वपूर्ण है। इसलिए, सिस्टम का सबसे अच्छा उपयोग वातानुकूलित कमरे में किया जाता है जिसके पास न्यूनतम वायु प्रवाह होता है। सिस्टम छोटे कंपन के लिए अपेक्षाकृत अभेद्य है। वास्तव में, यदि सिस्टम को निष्क्रिय नम ऑप्टिकल टेबल पर रखा जाता है तो अस्थायी और स्पेक्ट्रल दोनों डोमेन में यांत्रिक कंपन का प्रभाव नहीं देखा जा सकता है। ऑसिलेटर के फाइबर घटकों को छूने से मोड-लॉक बेफिक्र हो जाएगा, लेकिन मोड-लॉकिंग बस फाइबर को वापस अपनी अनुमानित मूल स्थिति में लौटाकर बरामद किया जाता है।

अंत में, मोबाइल नैदानिक प्रणालियों के विकास के लिए एफएस फाइबर लेजर का कॉम्पैक्ट फॉर्म फैक्टर आकर्षक है। (जैसे, मोबाइल कार्ट-आधारित सिस्टम)। जबकि एक ठोस राज्य लेजर की तुलना में आकार में छोटे, कस्टम फाइबर लेजर डिजाइन यहां प्रस्तुत कई मुक्त अंतरिक्ष घटक है कि संरेखण की आवश्यकता होती है । यह सिस्टम की गतिशीलता को काफी हद तक सीमित करता है । फाइबर घटक एनालॉग के साथ इन सभी मुक्त अंतरिक्ष घटकों को बदलना संभव है। भविष्य के काम में नए सभी फाइबर लेजर डिजाइन के विकास के प्रधानमंत्री फाइबर का उपयोग करने के लिए सिस्टम है कि पर्यावरण में परिवर्तन के लिए मजबूत कर रहे है विकसित करने के लिए शामिल होंगे ।

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Disclosures

लेखक कोई प्रतिस्पर्धी हितों की घोषणा करते हैं ।

Acknowledgments

हम छवियों को प्राप्त करने में सहायता के लिए डीआरएस ई क्रोनिन-फुरमैन और एम Weitzman (ओलंपस कॉर्पोरेशन ऑफ द अमेरिका साइंटिफिक सॉल्यूशंस ग्रुप) का शुक्रिया अदा करते हैं । इस काम को स्वास्थ्य अनुदान K22CA181611 (B.Q.S.) और रिचर्ड और सुसान स्मिथ परिवार फाउंडेशन (न्यूटन, एमए) के राष्ट्रीय संस्थानों द्वारा समर्थित किया गया था स्मिथ परिवार जैव चिकित्सा अनुसंधान में उत्कृष्टता के लिए पुरस्कार (B.Q.S. के लिए) ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Adapters, mirrors, posts, mounts, and translational stage (optomechanics) Thorlabs TR6-P5 (3x), AD12NT (2x), PFSQ20-03-M01, PFSQ05-03-M01, KMS, KM100C, KM100CL, KM200S, LT1, LT101, UPH2-P5, UPH3-P5 (2x) Standard optical components
Advanced optical fiber cleaver AFL CT-100
Autocorrelator Femtochrome FR-103XL/IR/FA/CDA
Beamsplitter mount Thorlabs BSH1/M
Factory fusion splicer AFL FSM-100P
Fiber collimators OZ Optics (Canada) LPC-08-1064-6/125-S-1.6-7.5AS-60-X-1-2-HPC 3x
Fiber-coupled,high-speed photodiode detector Thorlabs DET08CFC
Free-space isolator Thorlabs IO-5-1050-HP
Free-space isolator Thorlabs IO-3D-1050-VLP
Half waveplate Union Optics (China) WPZ2312 2x
High power multimode fiber pump module Gauss Lasers (China) Pump-MM-976-10
High power pump and signal combiner ITF Technology (Canada) MMC02112DF1
Index matching gel Thorlabs G608N3
Optical spectrum analyzer Keysight Agilent 70951B
Oscilloscope Keysight Agilent 54845A
Passive double clad fiber(5/130 μm) ITF Technology (Canada) MMC02112DF1 3m, Included with combiner
Polarizing beamsplitter Thorlabs PBS253
Quarter waveplates Union Optics (China) WPZ4312 2x
Quartz birefringent filter plate Newlight (Canada) BIR1060
RF spectrum analyzer Tektronix RSA306B
Single mode fiber (6/125 μm) OZ Optics (Canada) LPC-08-1064-6/125-S-1.6-7.5AS-60-X-1-2-HPC 1m, Included with collimators
Single mode fiber coupler AFW (Australia) FOSC-2-64-30-L-1-H64-2
Transmission diffraction grating 1 LightSmyth T-1000-1040-3212-94 For compressor
Transmission diffraction grating 2 LightSmyth T-1000-1040-60x12.3-94 For compressor
Waveplate rotation mount Thorlabs RSP1/M 4x
Ytterbium-doped single mode double clad fiber Thorlabs YB1200-6/125DC 3m

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References

  1. Savage, N. Optical parametric oscillators. Nature Photonics. 4, 124 (2010).
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इंजीनियरिंग अंक 153 फाइबर लेजर फेमोसेकंड पल्स्ड लेजर मल्टीफोर्न माइक्रोस्कोपी कम लागत कस्टम फैब्रिकेशन मोड-लॉकिंग
मल्टीफोर्न माइक्रोस्कोपी के लिए एक ऑल-नॉर्मल-डिस्ग्रेशन फेमटोसेकंड फाइबर लेजर का कम लागत वाला कस्टम फैब्रिकेशन और मोड-लॉक ऑपरेशन
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Zhang, K., Davoudzadeh, N., Ducourthial, G., Spring, B. Q. Low-cost Custom Fabrication and Mode-locked Operation of an All-normal-dispersion Femtosecond Fiber Laser for Multiphoton Microscopy. J. Vis. Exp. (153), e60160, doi:10.3791/60160 (2019).

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