Vairāku parametru regulējami īpaši ātrie šķiedru lāzeri virza daudzas jaunas femtosekundes biomedicīnas fotonikas jomas. Tā kā cietvielu ultraātros lāzerus ir grūti neatkarīgi noregulēt trīs parametrus - centrālo viļņu garumu, atkārtošanās frekvenci un impulsa platumu ar garantētu izejas impulsa enerģiju, femtosekundes biomedicīnas fotonika parasti izmanto impulsu selektīvus vienas šķiedras čirkstošus impulsu pastiprinātājus (pp-FCPA) ar optisko parametru. pastiprinātājus (OPA) kā braukšanas gaismas avotu. Tomēr sarežģītie OPA telpiskie komponenti lielā mērā ietekmē staru kūļa kvalitāti un sistēmas vides imunitāti, un nogurdinošā ikdienas apkope ir ārpus dzīvības zinātnieku zināšanu. Tāpēc, lai aizstātu OPA tehnoloģiju un izmantotu pp-FCPA sistēmas priekšrocības, autori izstrādāja ar viļņa garumu regulējamu femtosekundes gaismas avotu, kura pamatā ir superkontinuuma ģenerēšana.
1. attēlā ir parādītas trīs izplatītas metodes superkontinuuma spektra ģenerēšanai. 1. metodē tiek izmantota visu šķiedru saplūšanas arhitektūra, kurai ir viskompaktākā struktūra un izcila vides stabilitāte, taču pārraide šķiedrā galvenokārt ir pikosekundes lāzeri, kas parasti ir komerciālos lāzeros. 2. metode izmanto komerciālu aizdari ar šķiedru gala vāciņiem un režīma paplašinājumiem kā papildu nelineāru viļņa garuma pārveidotāju titāna safīra oscilatoriem, lai atbalstītu femtosekundes impulsu viļņa garuma pārveidi. 3. metode ir līdzīga 2. metodei, taču tajā ir iekļauts pp-FPCA priekšgals ar šķiedru priekšrocībām, savienojot augstas enerģijas femtosekundes impulsu fotoniskās kristāla šķiedras sekcijā, lai izveidotu koherentu superkontinuuma spektru. Šī ir trešā metode, ko autori izmanto šajā rakstā.
Tomēr tika konstatēts, ka superkontinuuma ģenerēšanai izmantotā šķiedra parasti tiek bojāta pēc aptuveni 100 stundu kumulatīvās darbības. Neatgriezeniski optiskie bojājumi ievērojami ierobežo superkontinuuma avota kalpošanas laiku. Tāpēc ir jānosaka šī optiskā bojājuma princips, lai atrastu veidu, kā to apiet. Ja fotobojājumus izraisa gaisā esošie piesārņotāji telpā, kas nav īpaši tīra, un/vai augstas maksimālās jaudas telpiska savienošana šķiedras galā, to var novērst, izmantojot komerciāli pieejamos fotoniskā kristāla šķiedras gala vāciņus vai saspiežot īpašas atveres šķiedras galā. .
1. tabulā ir uzskaitītas trīs eksperimentālās shēmas, ko autori izmantoja, lai pētītu optisko šķiedru bojājumu mehānismu. Shēma 1 savienoja ieejas impulsu ar centrālo viļņa garumu 1030 nm, atkārtošanās frekvenci 10 MHz un impulsa platumu 280 fs LMA-PM-15 šķiedras 25 cm sekcijā, un pēc atkārtotiem eksperimentiem visi konstatēja, ka šķiedra ir bojāta pēc 100 ± 40 stundu kumulatīvās darbības. 2. shēmā tika izmantots cits piedziņas avots un fotoniskā kristāla šķiedra, bet maksimālā jaudas blīvums, kas savienots ar šķiedras gala virsmu, palika tāds pats kā 1. shēmā. Tomēr 2. shēmā fotobojājumi rodas 10 ± 2 stundu laikā. Vieta, kur rodas optiskais bojājums, šajos divos scenārijos atšķiras: optiskais bojājums 1. scenārijā atrodas<10 cm from the incident end of the fiber, whereas the optical damage in scenario 2 is located <1 cm from the incident end of the fiber. This difference indicates that the cause of fiber damage is not air contaminants in the environment or the high peak power density at the time of coupling, and that optical damage cannot be avoided by fiber end caps. Upon analysis, this fiber damage can be explained by the optical waveguide theory of long-period fiber gratings (LPFG). When a pulse is coupled into the fiber, part of the energy enters the core while the other part is transmitted into the cladding. When the light from the core mode and the cladding mode interfere with each other and generate standing waves, an LPFG is written into the fiber. the shorter the period of the LPFG, the more periods are contained in the same fiber length, and the more easily the fiber is damaged.
Lai pārbaudītu šo ideju, 3. shēmā autori izvēlējās LMA-PM-40-FUD šķiedru ar režīma lauka diametru 32 μm. Tika aprēķināts, ka LPFG periods ir aptuveni 9 cm, un šķiedras garums ir 9 cm. mazāk par vienu ciklu, tāpēc LPFG izraisītais šķiedru bojājumu efekts teorētiski izzudīs. Eksperimentāli 3. shēmas optiskā sistēma arī paliek stabila pēc 2000 stundu kumulatīvās darbības.
2. attēlā parādīts daudzparametrisks noskaņojams femtosekundes gaismas avots, ko autori izveidojuši, pamatojoties uz 3. shēmu. Viss gaismas avots sastāv no pp-FCPA sistēmas ar atkārtotas frekvences regulējamu no 1-10 MHz kā priekšējo daļu un fotoniskā kristāla. šķiedra, izvairoties no optiskiem bojājumiem, ko izraisa LPFG kā vienība, kas rada supernepārtrauktu spektru, ti, šķiedras nelineārais pārveidotājs (FNWC). Pēc spektra paplašināšanas impulsi tiek novirzīti uz programmējamu impulsu veidotāju. Atlasot konkrētu filtra logu un dispersijas kompensācijas apjomu, centrālo viļņa garumu var noregulēt diapazonā 950-1110 nm un impulsa platumu var noregulēt diapazonā 40-400 fs. Turklāt gala izejas impulsu var pārraidīt ar zemas dispersijas Kagome dobu serdeņu šķiedru plākstera kabeļa sekciju, ļaujot šo gaismas avotu viegli pārslēgt starp dažādiem lietojuma moduļiem.
Rezumējot, autori ir izstrādājuši uzticamu piederumu femtosekundes šķiedru lāzeriem ar ievērojamu regulējamību atkārtotas frekvences, viļņa garuma un impulsa platuma ziņā, kas izskaidro un nomāc optiskos bojājumus savienotajā šķiedru sistēmā un kura atbilstošā integrētā lāzera sistēma ir ļoti augsta. stabils, solot paplašināt noskaņojamo īpaši ātru lāzeru pielietojumu bioloģijas un medicīnas jomās.
