Yöntem makalesi

Multifoton Mikroskopisi için Tüm Normal Dağılımlı Femtosecond Fiber Lazerin Düşük Maliyetli Özel İmalat ve Mode-kilitli Çalışması

7.2K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/60160

⸱

22 Kasım 2019

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

Bu makalede

Özet

Multifoton mikroskopi, endoskopi ve fototıp potansiyel uygulamalar için özel bir düşük maliyetli, mod kilitli femtosaniye fiber lazer oluşturmak için bir yöntem sunulmaktadır. Bu lazer ticari olarak kullanılabilir parçalar ve temel birleştirme teknikleri kullanılarak inşa edilmiştir.

Özet

Bir protokol özel bir düşük maliyetli henüz yüksek performanslı femtosecond (fs) fiber lazer oluşturmak için sunulmaktadır. Bu tüm normal dağılım (ANDi) ytterbium-doped fiber lazer tamamen 8.000 $ fiber optik ve pompa lazer bileşenleri, artı 4.800 $ standart optik bileşenleri ve ekstra-kavite aksesuarları dahil olmak üzere ticari olarak kullanılabilir parçalar kullanılarak inşa edilmiştir. Araştırmacılar fiber optik cihaz imalatı yeni de temel elyaf yapıştırma ve lazer darbe karakterizasyon ekipmanları (~ 63.000 $) yatırım düşünebilirsiniz. Optimal lazer işlemi için önemli olan, doğru ya da görünen (kısmi veya gürültü benzeri) modu kilitli performansı doğrulamak için yöntemler sunulur. Bu sistem yaklaşık 1.070 nm merkezi dalga boyu ve 31 MHz nabız tekrarlama hızı ile 70 fs darbe süresi elde eder. Bu fiber lazer, kolayca monte edilebilen fiber lazer sistemi için elde edilebilecek en yüksek performansı sergiler, bu da bu tasarımı yeni uygulamalara olanak tanıyan kompakt ve taşınabilir fs lazer teknolojileri geliştirmeyi amaçlayan araştırma laboratuvarları için ideal hale getirir. klinik multifoton mikroskopi ve fs cerrahisi.

Giriş

Solid state femtosecond (fs) darbeli lazerler yaygın mikroskopi ve biyolojik araştırmalar için kullanılır. Tipik bir örnek multifoton uyarma (MPE) floresan mikroskobu kullanımı, yüksek pik güç ve düşük ortalama güç fotohasar mekanizmaları en aza indirirken MPE sürecini kolaylaştırmak için istenir. Birçok yüksek performanslı katı hal lazerler ticari olarak mevcuttur, ve optik parametrik osilatör ile kombine edildiğinde (OPO), lazer dalga boyu geniş bir yelpazede üzerinde ayarlanabilir1. Örneğin, ticari osilatör-OPO sistemleri 680 ile 1.300 nm arasında <120 fs darbe süreleri (genellikle 80 MHz nabız tekrarlama hızı ile) ve >1 W ortalama güç üretir. Ancak, bu ticari ayarlanabilir fs lazer sistemlerinin maliyeti önemli (>$200,000) ve katı hal sistemleri genellikle su soğutma gerektirir ve klinik uygulamalar için taşınabilir değildir.

Ultrashort darbeli fiber lazer teknolojisi son birkaç yıl içinde olgunlaştı. Ticari bir fs darbeli fiber lazer maliyeti genellikle önemli ölçüde katı hal lazerler daha düşüktür, yukarıda belirtilen katı hal sistemleri tarafından sağlanan geniş dalga boyu ayarı yeteneği olmasa da. Lif lazerlerinin istendiğinde OPO'larla eşleşebileceğini unutmayın (yani hibrid fiber-katı hal sistemleri). Fiber lazer sistemlerinin büyük yüzey-hacim oranı verimli hava soğutmasağlar 2. Bu nedenle, fiber lazerler nispeten küçük boyutu ve basitleştirilmiş soğutma sistemi nedeniyle katı hal sistemleri daha taşınabilir. Ayrıca, fiber bileşenlerin birleştirilmesi, katı hal aygıtlarını oluşturan optik bileşenlerin serbest alan hizalamasının aksine sistem karmaşıklığını ve mekanik sürüklenmeyi azaltır. Tüm bu özellikler lif lazerleri klinik uygulamalar için ideal kYapar. Aslında, tüm fiber lazerler düşük bakım çalışması için geliştirilmiştir3,4,5, ve tüm polarizasyon-bakım (PM)-fiber lazerler sıcaklık ve nem değişiklikleri yanı sıra mekanik titreşimler 2 dahil olmak üzere çevresel faktörlere istikrarlı2,6,7,8.

Burada, bir yöntem ticari olarak kullanılabilir parçaları ve standart fiber birleştirme teknikleri ile bir maliyet-etkin fS darbeli ANDi fiber lazer oluşturmak için sunulmaktadır. Nabız tekrarlama hızını, süresini ve tutarlılığını (tam mod kilidi) karakterize etme yöntemleri de sunulmaktadır. Ortaya çıkan fiber lazer 31 MHz tekrarlama oranı ve 1.060 ila 1.070 nm merkezli bir dalga boyu ile 70 fs sıkıştırılabilir mod kilitli darbeler üretir. Lazer boşluğundan maksimum güç çıkışı yaklaşık 1 W'dır. ANDi fiber lazerlerin darbe fiziği, doygunemici2,3,9,10,11'inönemli bir bileşeni olarak optik fibere doğrusal olmayan polarizasyon evrimini zarif bir şekilde kullanır. Ancak, bu ANDi tasarım kolayca PM fiber kullanılarak uygulanmıyor anlamına gelir (ANDi mod kilitleme bir all-PM fiber uygulaması rapor olmasına rağmen, düşük güç ve ps darbe süresi12ile de olsa). Bu nedenle, çevresel istikrar önemli mühendislik gerektirir. Yeni nesil fiber lazer tasarımları, Mamyshev osilatör gibi, tüm PM-fiber cihazlar intracavity darbe enerjisi bir sipariş-of-büyüklük artışı yeteneğine sahip olarak tam çevresel istikrar sunmak için potansiyele sahip yanı sıra geniş darbe spektrumları güveniyor uygulamaları etkinleştirmek için darbe süresi önemli azalmalar sunan13,14. Bu yenilikçi fs fiber lazer tasarımları özel üretim know-how ve lif birleştirme deneyimi gerektirir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. Splice tek modlifleri (SMF)

NOT: Bölüm 1, Kobİ'leri birleştirme nin genel adımlarından oluşur. Bu gerekli olmayan, ancak tavsiye edilen, ucuz lif kullanarak lif splices uygulamak için adım. Bu adım, daha değerli fiber optik malzemeler kullanmadan önce birleştirme ekipmanının doğru performansını sağlar.

  1. Cleave ilk lif.
    1. Bir fiber sıyırma aracı ile lif yaklaşık 30 mm şerit. Kırılgan lifler (örn. çift kaplı lifler) için, bir jilet tamponu dikkatlice soymak için kullanılabilir.
    2. Soyulmuş lif temizlemek için etanol veya isopropanol ile tüy bırakmayan doku kullanın. Lif silerken bir uğultu sesi lif yeterince temiz olduğunu gösterir.
    3. Lif tutucuyu lif bayrına yerleştirin. Bıçağın, plakanın lif kelepçesinin ve lif tutucunun temiz olduğundan emin olun. Alkol lü pamuklu bezler, cleaver'ın bu kısımlarını temizlemek için kullanılabilir.
    4. Lif tutucuya dikkatlice yükleyin. Yaklaşık 25 mm soyulmuş bırakın, cleaver kelepçe için serbest ucunda temiz lif.
    5. Yavaşça beşi üzerindeki lif kelepçesini kapatın. Lif uygulanan ekstra gerginlik önlemek için, yeniden açın ve gerilim serbest bırakılır şekilde kelepçe kapatın.
    6. "Kes" düğmesine bastığında, bayr otomatik olarak lif kesilir.
      NOT: Lifin temiz kalmasını sağlamak için, hiçbir şey ayrıldıktan sonra lif ucuna dokunmamalıdır.
    7. Lif tutucuyu füzyon splicer'ına aktarın. Lifden kesilen parçayı keskin bir imha kabına taşımak için cımbız kullanın.
      DİkKAT: Sert cımbız ve keskin cımbız uçları lif kırabilir. Fiber optik işlemek için uygun bir cızırtı plastik olmalıdır, yuvarlak ipuçları.
  2. Cleave ikinci lif.
    1. Diğer lif tutucu ile ikinci lif üzerinde adım 1.1 tekrarlayın. Birleştirilecek iki lif, lif spliceriçindeki lif tutucuları tarafından birbirine zıt tutulan, çift uçlu uçlu olarak çoğaltılmalıdır.
    2. Splicer kapağını kapatın.
  3. Füzyon lifleri birikiyor.
    1. Çekirdek çapı, mod-alan çapı (MFD) ve kaplama çapı da dahil olmak üzere füzyon splicer üzerinde parametreleri ayarlayın. Hizalama yöntemini Kaplama olarak ayarlayın.
    2. Başlat düğmesine bastığında splicer otomatik olarak hizalanır.
      NOT: Kötü bir cleave şekli veya büyük cleave açısı ile ilgili hata iletileri almak mümkündür. Bu genellikle kötü bir cleave veya cleave sonra lif kontaminasyon kaynaklanmaktadır. Bu durumda, fiber cleaving yordamını tekrarlayın.
    3. Splice kalitesini onaylamak için her durakta başlat düğmesine basın. Splice otomatik olarak yapılacaktır.
    4. Splicer tarafından gerçekleştirilen kalite kontrol kontrolleri ve splice bölgesinin kamera görünümünü kullanarak splice kalitesini kontrol edin. İyi bir splice hiçbir splice juncture görünür olduğu gibi lif boyunca düzgün bir kaplama sınırı ve düzgün parlaklık vardır.
      NOT: Fiber splicers genellikle splice incelemek ve ölçülen geometri, şekil dayalı güç kaybı tahmin etmek için optik içerir, ve ışık kırılması fiber için dik bir kaynak kullanarak lif görüntülemek için, görüntü, ve splice eklem analiz. Tabii ki, bu sadece bir tahmin, ama çoğu durumda yeterlidir. Aynı lifler için, splicer ~0 dB (yani, tespit edilebilir kayıp) olarak bu kaybı tahmin edecektir. Aşağıda açıklanan farklı lif splices ile önceki sonuçlardan, güç kayıpları splicer tahminleri 0,07 dB (splice noktaları B ve C, Şekil 1) 0,3 dB (splice noktası D) arasında değişmektedir. Bu tahminler büyük olasılıkla uyumsuz geometri ve yanlış kusur nesneleri olarak görünen farklı fiber optik, kırılma nedeniyle kaybı abartmak.
    5. Splicer kapağı açın, sonra lif tutucularından birini açın. Diğer lif tutucu, splicer'den çıkarılan elyaf çıkarılana kadar açılmamalıdır.
    6. Bir seçenek olarak, bir lif kol splice korumak için eklenebilir. Splicer üzerinde ısıtıcı lif üzerine kol kalıp için kullanılabilir. Alternatif olarak, sıcak hava tabancası kullanılabilir.
      NOT: İki lif çok uzunsa veya diğer bileşenlere bağlıysa, kol ayrılmadan önce liflerden birine konulmalı ve daha sonra birleştirme noktasına taşınabilir. Fiber kol elektronik devrelerde bir ısı küçültme tüpü gibi davranır. Birleştirme noktasını bükme veya çekme kuvvetinden korumak için kullanılabilir. Bir fiber recoater mekanik hasara splice noktası maksimal koruma için splice noktası recoatiçin kullanılabilir, bu ekipman hazır değilse satın alınması gerekir, çünkü önemli bir ek masraf olsa.

2. Elyaf parçaları montajı

  1. Pompa çıkış elyafı <1> pompa girişi <2> pompa sinyal birikintörü ile splice (fiber lazer diyagramı bakınız, Şekil 1).
    1. Lifleri cleave ve splice bölüm 1 izleyin. El ile girişi gereken fiber parametreleri (2-A ve 2-B) dışında BASIC I SP programının varsayılan ayarını kullanın. Girilmesi gereken birleştirme parametreleri Tablo 1'debulunabilir.
  2. Birleşim çıkışını <3> Yb-doped aktif elyafına birleştirin.
    1. Birleşim çıkış lifi <3>cleave için adım 1.1 izleyin.
    2. Cleave aktif lif <4>.
      NOT: Aktif elyaf <4> sekizgen bir kaplamaya sahip olduğundan, lif çizgicinin V-oluğuna uymaz. Bu nedenle, adım 1.1'de açıklandığı gibi basit bir yarık nispeten büyük bir yarık açısı verecektir. Böylece, aşağıdaki adımlar aynı ekipmanı kullanarak düz bir satır açısı elde etmek için özel bir protokol anahat.
      1. Aktif lif <4> ve 6/125 SMF parçasını cleave ve splice bölüm 1 izleyin. Bu SMF daha sonra kaldırılır ve lazer dahil edilmez. Bu nedenle, bu cleave açısının kalitesi zayıfsa kabul edilebilir. Bu adım için düz bir çizgi açısı elde etmek önemli değildir.
      2. SMF'yi bir tel kesici ile birleştirme noktasından yaklaşık 2 cm kesin.
      3. SMF'nin tüm uzunluğunu sıyırın ve aktif elyafı başka bir 0,5 cm'ye soyun. Şimdi aktif lif tamponsuz SMF 2 cm ile kaplıdır.
      4. 1.1.3-1.1.5 adımlarında olduğu gibi aktif elyafı yarık içine yükleyin. Sadece dairesel bir kaplamaya sahip Olan SMF'nin fiber kelepçe ile kenetlendiğinden emin olun.
      5. Aktif lif <4>'yi cleave için 1.1.6 ve 1.1.7 adımlarını izleyin. Sadece SMF V-oluk olduğundan, bu yarık en az yarık açısı verecektir.
    3. Lifleri birliş için adım 1.3 izleyin.
  3. Aktif fiberin distal ucundan gelen toplam güç çıkışını kabaca ölçün <4>.
    1. Aktif elyafı <4> splice noktasından ~3 m'de kesin . Daha uzun aktif fiber daha yüksek bir çıkış gücü için kullanılabilir, ancak tekrarlama oranı kavite uzunluğu artış nedeniyle azalacaktır.
    2. Cleave sonu <4C> adım 1.1 belirtildiği gibi.
      NOT: Bir sonraki adımdaki güç ölçümü tahmin edildiğiiçin, adım 2.2.2'de belirtilen yöntemi kullanmak gereksizdir.
    3. Fiberi güç ölçere doğru çevirin ve fiber ve güç sayacını fiziksel temas olmadan bir araya getirin.
      UYARI: Işık gücü sensör üzerinde küçük bir noktaya yoğunlaştığından, fiberin ucunu güç ölçere çok yakın bir yere yerleştirmek güç ölçer sensörüne zarar verecektir. Bunu önlemek için, minimum güvenilir pompa gücü kullanın.
    4. Güç ölçerden güç çıkışını okuyun. Büyük (>80%) verimlilik verimi noktalarda yeterli kaliteyi gösterir ve .
      NOT: Aktif elyafın emilimi ve bağlantı yönteminin 2.3.2-2.3.3 adımlarında belirtildiği gibi güç sayacına verimsizliği nedeniyle bazı güç kaybıolması normaldir.
  4. Aktif elyafı <4> collimator 'in girdisi <5> splice.
    1. Etkin lif <4> sonunda kolimatöre spliced olmak için cleave adım 2.2.2 izleyin.
    2. Collimator yaklaşık 40 cm'ye kadar giriş <5> kesin.
      NOT: Pasif lifin uzunluğu (<5>) çok uzun olmamalıdır (>40 cm), çünkü yükseltilmiş darbe zaman içinde önemli ölçüde genişleyecek ve artan öz faz modülasyonu (SPM) ve grup hızı dağılımı (GVD) nedeniyle spektral etki alanı önemli ölçüde genişleyecektir kazanç lif (darbe amplifikasyon) ile geçiş aşağıdaki. Bu etkiler nabız sıkıştırma zorluk artacaktır.
    3. Collimator girişi <5> ve aktif ve kolimatör lifleri splice cleave için adımları 1.1 ve 1.3 izleyin.
      NOT: Bir SMF'ye çift kaplı bir elyafın bu splice splice'si önceki splices'e göre daha düşük bir kalitede görünebilir. Ancak, darbe çekirdek içinde yayılır, çünkü gerçek performans sadece çekirdek hizalama bağlıdır.
  5. İkinci kolimatör sinyal giriş lifi <7> birleşiminin elyafına splice fiber <6>
    1. Lifleri cleave ve splice bölüm 1 izleyin.

3. Fiber parçaları optik masaya monte edin

  1. Pompa lazerini vidalar ve gerekli kelepçelerle optik masaya monte edin.
  2. Pompa sinyal birleştırıcısını kelepçelerle optik masaya monte edin. Termal macun birleşim ve masa arasında kullanılabilir, çünkü optik tablo birleşim için bir ısı emici olarak çalışır.
  3. Lifleri masaya yerleştirin. Fiberler 1, 2, 3, 5, 6, ve 7 yer kazanmak için ayrı ayrı kıvrılmış olabilir, aktif fiber 4 ya düz olmalı ya da eğrilik bir yarıçapı ile gevşek sarılmış >20 cm. Bir sonraki adım için splice erişmek için biraz boşluk bırakın .
    DİkKAT: Aktif elyafta güçlü bir bükülme, pompa sinyalinin aktif elyafın iç kaplamadan kaçmasına neden olabilir. Bu yeni bir aktif fiber yükleme gerektirir aktif lif boyunca ölümcül yanık noktalarına yol açabilir.
  4. Splice 'ye dizin eşleştirme jelini uygulayın. İndeks eşleştirme jeli, pompa ışığını aktif elyaftan çıkarmak için kullanılır ve splice noktasında ısı ve termal hasar oluşumunu azaltır. Lifin yeniden kaplamasına gerek olmadığını unutmayın. Termal hasar riskini en aza indirmek için lifçıplak ve indeks eşleştirme jel kaplı bırakmak tercih edilir.
  5. Optik tabloya iki kollektör ve monte etmek ve düzeltmek için optomekanik parçaları kullanın. Kolimatörler, boşluk içi boş alan bileşenlerinin eklenmesi için yeterli alan sağlamak için yaklaşık 35 cm'lik bir ayrım ile karşı karşıya olmalıdır.

4. Boş alan parçalarını birleştirin

  1. Pompa lazerini aç. Gücü 0,5 W 'ye (yani, mod kilitleme eşiğinin üzerinde) ayarlayın, ancak sistem bileşenlerini hizalamak için güvenli bir güç).
    UYARI: Bu noktada, laboratuvar alanı Sınıf IV lazer sertifikalı olmalı, lazer güvenlik gözlükleri takılmalıdır ve personel Sınıf IV lazer eğitimi almış olmalıdır.
  2. Birleştirme noktasını 'yi denetlemek için kızılötesi (IR) kapsamı kullanın. Bu risk noktalarında ışık kaçmasına yardımcı olmak için IR kapsamı (termal hasar potansiyel noktaları göstergesi) ile görülen herhangi bir parlak noktalar üzerinde indeks eşleştirme jel uygulayın.
  3. İki kolimatörün konumunu, doğrudan birbirlerine yöneltebilecekleri şekilde ayarlayın. Bir IR görüntüleme kartı kolimatör giriş diyafram ortalanmış ışın hizalama yardımcı olmak için kullanılabilir.
  4. 6 cm uzaklıkta polarize ışın ayırıcı (PBS) monte edin. Yansıyan lazer çıkış ışınının gücü sürekli olarak ölçülebilsin diye bir güç ölçerin sensörünü monte edin. Güç ölçerin dalga boyu 1.060 nm olarak ayarlanmalıdır. 0,5 W pompa gücü ile tipik bir başlangıç gücü okuma hizalama önce ~ 50 mW olduğunu.
  5. Güç ölçerin okumasını artırmak için kolimatör yuvalarındaki vidaları ayarlayın. Çıkış gücü maksimum değeri yaklaşık 150 mW olana kadar ince ayarlamalar yapmaya devam edin, bu da mükemmel bir hizalama yı gösterir.
    NOT: Bu adım genellikle zaman alıcı dikkatli ve hasta ayarlama gerektirir. Sistematik bir prosedürü takip etmek en verimliyöntemdir: Birincisi, iki kollektörde açıyı aynı yönde (X veya Y) ayarlayan iki vidayı döndürün, bir vida bir yönde çok yavaş dönerken diğeri hızlı dönerek tümünü tazlar makul açılar. Güç ölçerden maksimum okumayı izlemeye devam edin. Maksimum güç bulunduğunda, başka bir yöne ayarlayarak vidalara geçin. Yukarıda açıklanan yavaş döndürme ve hızlı tkaramı tekrarlayın. Her iki kolimatörün içindeki lenslerin yansımaları nedeniyle, kolimatörleri hizalarken birden fazla lokal maxima gözlemlemek mümkündür. Gerçek maksimum güç yerel maxima (70-80 mW) ile karşılaştırıldığında çok daha büyüktür (150 mW).
  6. İzolatöre 'den 3 cm'ye monte edin. Boş alan bileşenlerini hizalamak ve çıkış gücünü en üst düzeye çıkarmak için kolimatörlerin yönünü yeniden ayarlayın. İzolatörün varlığı ışın hizasını biraz saptırabilir, ancak maksimum çıkış gücü kolimatörlere ince ayarlamalarla geri kazanılır.
  7. Birefringent filtresini , yarım dalga plakası ve iki çeyrek dalga plakasını ( ve ) Şekil 1'degösterilen karşılık gelen pozisyonlara monte edin. Birefringent filtre iki polarizers-bir önce () ve bir sonra (içinde )-bir sinüzoidal band-pass filtre etkisi oluşturmak için sandviç. Dalga boyu aralığını kontrol etmek için için küçük (3°−5°) bir olay açısı olmalıdır. Çıkış gücü maksimum değere ulaşana kadar kolimatörlerin hizalanmasını bir kez daha ayarlayın.

5. Ekstra boşluk bileşenleri ni ayarlama

  1. Fiber optik konektör (FC) veya SubMinyatür sürüm A (SMA) konektörlü splitter 'in üç bağlantı noktasını(Şekil 1)birleştirin. Konektör türleri fotodiyotun giriş noktalarına ve optik spektrum analizörüne (OSA) bağlıdır. Splice adımları yukarıdaki bölüm 1'de açıklananlarla aynıdır.
  2. Ayırıcının bir çıkışını OSA'nın fotodiyatit giriş portuna, diğer çıkışını da FC konektörlerini kullanarak fotodiyota bağlayın.
  3. Fotodiyot çıkış bağlantı noktasını süngü Neill-Concelman (BNC) kablosuyla osiloskopa (OSC) bağlayın.
  4. Kolimatör ayırıcının giriş noktasına bağlayın.
    NOT: Ayırıcıyı bağlamak için konektörü kullanmak ve kolaylık sağlamak içindir. Bu bağlantı istenirse bir splice ile değiştirilebilir.
  5. Güç ölçer sensörünü çıkarın.
  6. Optik tablaya küçük ayna ve ilk kompresör ızgarasını monte edin. Kompresör ızgaralarının maksimum verimliliğini elde etmek için, ızgarayı döndürerek olay açısını ayarlarken birinci dereceden maksimum gücün gücünü izlemek için güç ölçeri kullanın.
    NOT: Döndürme aşaması, döndürmeyi tam olarak kontrol etmek için kullanılabilir. Olay açısı ofset nedeniyle kaybı küçük olduğundan, dönme aşaması burada maliyeti azaltmak için kullanılmaz.
  7. Çeviri sahnesini masaya monte edin. İkinci kompresör ızgarasını çeviri aşamasında monte edin. Izgama lar arasındaki mesafe, çeviri aşaması nı kullanarak ince ayar ile optimum sıkıştırma için yaklaşık 2 cm olmalıdır. Izmatların paralel olduğundan emin olun.
  8. Kompresör aynasını optik masaya monte edin.lt;M2> Bu ayna dikey ve çeviri aşamasının hareketli yönü dik olmalıdır.
  9. Aynaların geri kalanını, kirişi ayırıcıyı ve kolimatör 'yi monte edin. Hizalama daha sonra ayarlanır.
  10. Pompa lazerini aç. Pompa seviyesini 0,5 W'ın daha azına ayarlayın.
  11. Birleştirme 'yi denetlemek için ir kapsamı kullanın. Herhangi bir parlak noktalar için dizin eşleştirme jeli ekleyin.
    NOT: Adım 5.11 lazerin normal kullanımı sırasında düzenli olarak yapılmalıdır.
  12. Kompresörü hizala.
    1. Işını bulmak için IR kartı kullanın, ' nin konumunu ve sıkıştırma ayarlarını aşağıdaki sırayla darbe sıkıştırma parçalarını aşacak şekilde ayarlayın: , , , , ; , , .
    2. Tilt yansıyan ışını biraz yukarı kaldırarak darbe toplayıcı aynanın üzerinden geçmesini sağlayarak .
      NOT: bir retroreflectatör ile değiştirilebilir ki, pickoff aynası açılı olması gerekmez. Yani, yansıyan Kiriş olay ışını paralel olacak, ancak kurulum basitleştirmek için bir retroreflective ayna kullanarak yerinden.
  13. Kolimatör'ü ışın ayırıcısının bir çıkış demeti ile hizala.
    1. OSA'yı açın ve aygıtı Güç Ölçer moduna ayarlayın.
    2. Güç girdisini en üst düzeye çıkarmak için aynanın ve kolimatör açısını ayarlayın. Güç okuma -10 dBm üzerinde olmalıdır.

6. Lazer darbe çıkışının karakterizasyonu ile mod-kilitli performans elde

  1. OSC'yi açın ve tetik seviyesi 30 mV olarak ayarlanmış AC kaplin moduna ayarlayın.
  2. OSA fotodiyot giriş lifini monokromatik girişe taşıyın. Aygıtı OSA moduna ayarlayın.
  3. Dalga plakalarını15ayarlayarak lazerin fazını kilitleyin.
    1. Döndürül birkaç derece ileri geri. Mod kilitleme spektrumu kabaca aralarında bir plato olan iki kararlı zirveden oluşur (örneğin, kedi kulağı veya Batman şekli olarak adlandırılır). Bu arada, OSC'de sabit bir nabız treni gözlemlenebilir.
    2. Mod kilitleme spektrumu gözlenmezse, döndürül birkaç dereceyi bir yönde döndürün ve 6.3.1 adımını tekrarlayın.
    3. Mod kilitleme spektrumu 6.3.2 tekrarı ile gözlemlenemiyorsa, birkaç derece döndürün ve 6.3.2 adımını tekrarlayın.
      NOT: OSA gözlemleyerek ayırt edilebilir lazer işleminin çeşitli karakteristik modları vardır: 1. Bir veya iki dar (~ 1 nm) zirveleri. Bunlar güçlendirilmiş spontan emisyonlar (ASE). 2. Kırık çizgiler rasgele görünen geniş (~ 50 nm) gürültülü tepe. Bu kısmi bir mod kilidi (PML) spektrumudur. Bu gürültü benzeri darbe modunda her darbenin şiddeti ve süresi değişir ve bu da daha uzun piksel ikamet süreleri boyunca darbe dalgalanmalarını entegre etmediği sürece düşük görüntü kalitesiyle sonuçlanır. 17 3. Birçok düşük genlikli zirvelerden oluşan çok gürültülü bir arka plan ile bir ASE zirve. Bu, mod kilitli olmayan q anahtarlama modudur. Bu modda, mod kilitleme genellikle küçük bir açı üzerinde döndürülerek elde edilebilir. 4. Batman şekilli mod kilitleme spektrumu. "Kulaklar" genellikle keskin kenar özellikleri arasında düz bir spektrum ile farklı genlikleri vardır. Davoudzadeh ve ark.17.operasyon modlarının her biri için ayrıntılı ölçümler ve açıklayıcı sonuçlar sağlar.
  4. Radyo frekansı (RF) spektrumu edinin ve analiz edin.
    1. BNC kablosunu OSC'den çıkarve RF spektrum analizörüne bağlayın.
      NOT: Zemin devre içinde yankı neden olan kapalı bir döngü oluşturduğundan, BNC tee adaptörü kullanılması önerilmez. RF spektrum çözümleyicisi Şekil 1'degösterilmez, çünkü kullanımdayken OSC ile aynı konumu alır.
    2. Birincil spektrum tepe noktasını bulmak için RF spektrum analizörü kullanım kılavuzunu izleyin. Yaklaşık beklenen frekans, OSC kullanılarak iki darbe arasındaki süreye göre hesaplanabilir.
    3. Arka plana göre birincil tepenin yüksekliği olan sinyal-gürültü oranını en üst düzeye çıkarmak için dalga plakalarını ve birefringent filtresini yavaşça ayarlayın.
      NOT: Mod kilitleme RF spektrumu yan lobları olmayan tek bir tepe olmalıdır. En iyi görüntüleme kalitesi için SNR en az 70 dB'ye ulaşmalıdır. OSA'daki spektrum dikkatle izlenmeli, Batman spektral şeklini takip etmeli, lazerin mod-kilitli kalmasını sağlamak için.
  5. Darbe süresini ölçmek için otoklavelator'u hizalamak ve çalıştırmak için üretici yönergelerini izleyin. Ekstra kavite Kiriş ayırıcısından ikinci çıkış kullanılabilir. Darbe süresi ölçüldükten sonra, iki ızgara arasındaki mesafeyi ayarlamak ve darbenin süresini ayarlamak için monte edildiği çeviri aşamasını dikkatlice ayarlayın.
    NOT: Hizalamayı kolaylaştırmak için, ayna ve iki ızgaradan ve monte edildiği çeviri aşamasından ayrı olarak monte etmek en iyisidir. Ayrıca pikosaniye darbeleri kısmen mod kilitli operasyon sırasında merkezi fs darbe tepe özelliği ile birlikte geniş bir kaide olarak gözlenenunutmayın 17.
  6. Maksimum pompa gücünü bulmak için pompa gücünü 0,5 W'ın üzerine çıkarın. ~5W'a kadar güçler test edilmiştir. Sürekli aktif lif <4>gözlemlemek için IR kapsamını kullanın. Parlak bir nokta görünürse, pompa gücü boşluğu içinde çok yüksek, ve bu pompa düzeyinde aktif fiber yakmak olasıdır.
    NOT: Sistemin maksimum gücü aktif lifin uzunluğuna ve boşluk takiben serbest uzay bileşenlerinin hizalanmasına bağlıdır. Burada açıklanan protokoller, parlak noktalar veya boşlukta yanıklar görünmeden 1 W'a kadar çıkış gücüne ulaşır ve bu güç çoğu görüntüleme uygulaması için fazladır. Multipulsing 16,17,18sonuçolasılığı olmasına rağmen yüksek çıkış yetkileri test edilmedi ama mümkün olabilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Fiber lazer üretim prosedürleri tamamlandıktan sonra mod kilitli işlemi doğrulamak için önemlidir. Optimal fs darbe üretimi ve lazer stabilitesi imzaları aşağıdaki gibidir: İlk olarak, çıkış darbesi adım 6'da belirtilen enstrümantasyon ile yeterince karakterize edilebilir. Lazer osilatörden alınan darbe spektrum çıkışı, ANDi darbe fiziğinin sayısal simülasyonu15 (Şekil 2A)ile öngörüldüğü gibi mod kilitlemeyi gösteren k...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Burada özetlenen protokoller, lazer fiziği laboratuvarında on yıllardır yaygın olarak kullanılan, ancak birçok biyomedikal araştırmacıya sıksık yabancı olan bilgi ve uzmanlığı sentezle. Bu çalışma, bu ultra hızlı fiber lazer teknolojisini daha geniş bir topluluk için daha erişilebilir hale getirmeye çalışır. ANDi fiber lazer tasarımı iyi kurulmuş, ilk Wise ve meslektaşları tarafından seminal çalışmalarda geliştirilen3. Ancak, diğer gruplar tarafından bu teknolojinin uygulamaları bazen düzgün çalış...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar hiçbir rakip çıkarları beyan.

Teşekkürler

Dr. E. Cronin-Furman ve M. Weitzman'a (Olympus Corporation of the Americas Scientific Solutions Group) görüntü edinmekonusunda yardımcı olan lardan dolayı teşekkür ederiz. Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri Hibe K22CA181611 (B.Q.S.) ve Richard ve Susan Smith Aile Vakfı (Newton, M.A.) tarafından desteklendi. Smith Aile Ödülü Biyomedikal Araştırmamükemmellik için (B.Q.S.için).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Adaptörler, aynalar, direkler, montajlar ve öteleme aşaması (optomekanik)ThorlabsTR6-P5 (3x), AD12NT (2x), PFSQ20-03-M01, PFSQ05-03-M01, KMS, KM100C, KM100CL, KM200S, LT1, LT101, UPH2-P5, UPH3-P5 (2x)Standart optik bileşenler
Gelişmiş fiber optik baltaAFLCT-100
OtokorelatörFemtokromFR-103XL/IR/FA/CDA
Işın ayırıcı montajıThorlabsBSH1/M Fabrika
füzyon birleştiriciAFLFSM-100P
Fiber kolimatörlerOZ Optics (Kanada)LPC-08-1064-6/125-S-1.6-7.5AS-60-X-1-2-HPC3x
Fiber bağlantılı, yüksek hızlı fotodiyot dedektörüThorlabsDET08CFC
Serbest alan izolatörüThorlabsIO-5-1050-HP
Boş alan izolatörüThorlabsIO-3D-1050-VLP
Yarım dalga plakasıBirliği Optik (Çin)WPZ23122x
Yüksek güçlü çok modlu fiber pompa modülüGauss Lazerler (Çin)Pump-MM-976-10
Yüksek güçlü pompa ve sinyal birleştiriciITF Teknolojisi (Kanada)MMC02112DF1
Endeks eşleştirme jeliThorlabsG608N3
Optik spektrum analizörüKeysightAgilent 70951B
OsiloskopKeysightAgilent 54845A
Pasif çift kaplı fiber (5/130 & mu; m)ITF Teknolojisi (Kanada)MMC02112DF13m, Birleştirici ile birlikte verilir
Polarize ışın ayırıcıThorlabsPBS253
Çeyrek dalga plakalarıUnion Optics (ÇinWPZ43122x
Kuvars çift kırılmalı filtre plakasıNewlight (KanadaBIR1060
RF spektrum analizörüTektronixRSA306B
Tek modlu fiber (6/125 μ m)OZ Optik (Kanada)LPC-08-1064-6 / 125-S-1.6-7.5AS-60-X-1-2-HPC1m, Kolimatörlerle birlikte verilir
Tek modlu fiber bağlayıcıAFW (Avustralya)FOSC-2-64-30-L-1-H64-2
Şanzıman kırınım ızgarası 1LightSmythT-1000-1040-3212-94Kompresör için
Şanzıman kırınım ızgarası 2LightSmythT-1000-1040-60x12.3-94için kompresör
Dalga plakası rotasyon montajıThorlabsRSP1 / M4x
İterbiyum katkılı tek modlu çift kaplı fiberThorlabsYB1200-6 / 125DC3m
), ),

Kaynaklar

  1. Savage, N. Optical parametric oscillators. Nature Photonics. 4, 124(2010).
  2. Xu, C., Wise, F. Recent advances in fibre lasers for nonlinear microscopy. Nature Photonics. 7, 875(2013).
  3. Kieu, K., Wise, F. All-fiber normal-dispersion femtosecond laser. Optics Express. 16, 11453-11458 (2008).
  4. Fekete, J., Cserteg, A., Szipőocs, R. All-fiber all-normal dispersion ytterbium ring oscillator. Laser Physics Letters. 6, 49-53 (2009).
  5. Krolopp, Á, et al. Handheld nonlinear microscope system comprising a 2 MHz repetition rate, mode-locked Yb-fiber laser for in vivo biomedical imaging. Biomedical Optics Express. 7, 3531-3542 (2016).
  6. Fermann, M. E., Hartl, I. Ultrafast fibre lasers. Nature Photonics. 7, 868-874 (2013).
  7. Szczepanek, J., Kardaś, T. M., Michalska, M., Radzewicz, C., Stepanenko, Y. Simple all-PM-fiber laser mode-locked with a nonlinear loop mirror. Optics Letters. 40, 3500-3503 (2015).
  8. Bowen, P., Singh, H., Runge, A., Provo, R., Broderick, N. G. Mode-locked femtosecond all-normal all-PM Yb-doped fiber laser at 1060 nm. Optics Communications. 364, 181-184 (2016).
  9. Chong, A., Buckley, J., Renninger, W., Wise, F. All-normal-dispersion femtosecond fiber laser. Optics Express. 14, 10095-10100 (2006).
  10. Kieu, K., Renninger, W., Chong, A., Wise, F. Sub-100 fs pulses at watt-level powers from a dissipative-soliton fiber laser. Optics Letters. 34, 593-595 (2009).
  11. Wise, F. W. Femtosecond Fiber Lasers Based on Dissipative Processes for Nonlinear Microscopy. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 18, 1412-1421 (2012).
  12. Nielsen, C. K., Keiding, S. R. All-fiber mode-locked fiber laser. Optics Letters. 32, 1474(2007).
  13. Liu, Z., Ziegler, Z. M., Wright, L. G., Wise, F. W. Megawatt peak power from a Mamyshev oscillator. Optica. 4, 649-654 (2017).
  14. Sidorenko, P., Fu, W., Wright, L. G., Olivier, M., Wise, F. W. Self-seeded, multi-megawatt, Mamyshev oscillator. Optics Letters. 43, 2672-2675 (2018).
  15. Li, X., et al. High-power ultrafast Yb:fiber laser frequency combs using commercially available components and basic fiber tools. Review of Scientific Instruments. 87, 093114(2016).
  16. Bale, B., Kieu, K., Kutz, J., Wise, F. Transition dynamics for multi-pulsing in mode-locked lasers. Optics Express. 17, 23137-23146 (2009).
  17. Davoudzadeh, N., Ducourthial, G., Spring, B. Q. Custom fabrication and mode-locked operation of a femtosecond fiber laser for multiphoton microscopy. Scientific Reports. 9, 4233(2019).
  18. Renninger, W., Chong, A., Wise, F. W. Area theorem and energy quantization for dissipative optical solitons. Journal of the Optical Society of America. 27, 1978-1982 (2010).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Fiber EklemePals KarakterizasyonuOptik Spektrum Analiz rOtokorelat r l mPals S resi l mKlinik Uygulamalar

İlgili makaleler