SSFS飛秒激光孤子自頻移波長(cháng)調諧技術(shù)
飛秒激光器現已應用在許多實(shí)驗室和工業(yè)中，它們可以產(chǎn)生超短激光脈沖。光纖飛秒激光器產(chǎn)生的光譜通常對應于鐿（Yb）和鉺（Er）的光譜窗口，中心波長(cháng)典型值為1030nm和1550nm。1fs等于10-15秒，時(shí)間間隔超級短暫，通常這種飛秒激光器通常被稱(chēng)為超快激光器。由于其固有的穩定性、免維護操作和光學(xué)安全性，以全光纖形式出現的超快激光器有著(zhù)誘人的應用前景。
由于受到其摻雜增益介質(zhì)的限制，大多數飛秒激光器波長(cháng)基本固定，這極大地限制飛秒激光應用范圍。當然還有其他摻雜介質(zhì)（銩、鈥）的飛秒激光器可拓展波長(cháng)，但是價(jià)格昂貴。目前常見(jiàn)的飛秒激光器主要是摻Er和摻Yb的商業(yè)飛秒激光器，即使擁有摻Ho和摻Th激光器，波長(cháng)范圍中仍然存在巨大空白，這些波長(cháng)無(wú)法通過(guò)使用可用的增益介質(zhì)直接覆蓋。當然，有一些方法可以讓飛秒光源具有可調諧性，比如OPO光學(xué)參量振蕩器，超連續譜譜產(chǎn)生等，但通常這些方法相當復雜且昂貴。
飛秒激光器現已應用在許多實(shí)驗室和工業(yè)中，它們可以產(chǎn)生超短激光脈沖。光纖飛秒激光器產(chǎn)生的光譜通常對應于鐿（Yb）和鉺（Er）的光譜窗口，中心波長(cháng)典型值為1030nm和1550nm。1fs等于10-15秒，時(shí)間間隔超級短暫，通常這種飛秒激光器通常被稱(chēng)為超快激光器。由于其固有的穩定性、免維護操作和光學(xué)安全性，以全光纖形式出現的超快激光器有著(zhù)誘人的應用前景。
由于受到其摻雜增益介質(zhì)的限制，大多數飛秒激光器波長(cháng)基本固定，這極大地限制飛秒激光應用范圍。當然還有其他摻雜介質(zhì)（銩、鈥）的飛秒激光器可拓展波長(cháng)，但是價(jià)格昂貴。目前常見(jiàn)的飛秒激光器主要是摻Er和摻Yb的商業(yè)飛秒激光器，即使擁有摻Ho和摻Th激光器，波長(cháng)范圍中仍然存在巨大空白，這些波長(cháng)無(wú)法通過(guò)使用可用的增益介質(zhì)直接覆蓋。當然，有一些方法可以讓飛秒光源具有可調諧性，比如OPO光學(xué)參量振蕩器，超連續譜譜產(chǎn)生等，但通常這些方法相當復雜且昂貴。
基于此，我們引入了SSFS非線(xiàn)性光纖，允許任何人將其1030 nm或1550 nm 飛秒激光器轉換為波長(cháng)可調光源，并具有非常寬的調諧范圍。用戶(hù)不必再成為光子專(zhuān)家，就能進(jìn)行孤子光譜調諧，用戶(hù)所需要做的就是將輸入功率調高或調低，光譜就會(huì )魔法般在長(cháng)度優(yōu)化過(guò)的非線(xiàn)性光纖中頻移。
所謂SSFS孤子自頻移效應（Soliton self-frequency shift）是脈沖內受激拉曼散射的一種表現形式。光譜偏移的程度取決于非線(xiàn)性相互作用的長(cháng)度（在此即光纖長(cháng)度）和輸入孤子的峰值功率。為了使這種光纖有效地移動(dòng)孤子，它應該具有大的（和正的）反常色散，在此光譜區域石英光纖通常具有負色散系數。光纖還應具有小模場(chǎng)直徑、低損耗、單模和保偏特性，只有這樣它才能保證穩定的工作，并具有低噪聲、短脈沖寬度、穩定的偏振和高相干性。換句話(huà)說(shuō)，它不是一種典型的標準光纖，但必須針對工作條件進(jìn)行優(yōu)化。SSFS光纖與飛秒激光器的連接損耗非常小（考慮到模式特性的典型差異，減小損耗有點(diǎn)棘手），同時(shí)確保不會(huì )引入過(guò)多的啁啾。
圖1，基本孤子自頻移的光譜演化
將飛秒激光轉換為可調諧激光光源可以不需要專(zhuān)業(yè)的光子專(zhuān)業(yè)知識，這正是我們商用SSFS模塊想達到的目的，用戶(hù)只需得到想要結果即可。屹持光電提供即插即用SSFS非線(xiàn)性模塊，用戶(hù)只需將其連接到激光器輸出端口即可，這種模塊就可以像神奇的黑匣子，將固定波長(cháng)的光源轉換成可調諧的光源。您只需將輸入光纖連接到激光器，并在輸出端監測孤子光譜位移！圖1顯示了輸出的孤子光譜演化，可觀(guān)測到無(wú)論輸入能量是多少，頻移任然保持了光譜純度和孤子形狀。（無(wú)需擔心圖中的某些噪聲，這些是測量偽影，我們在這里展示未經(jīng)處理的原始數據）。通過(guò)增加輸入功率，光譜位移增加，這是一種非常簡(jiǎn)單且經(jīng)濟高效的方法，可以提高飛秒系統的性能，增加波長(cháng)范圍，拓展全新應用。
圖2光譜位移與脈沖能量的關(guān)系；25fs脈沖
圖3光譜位移與模塊長(cháng)度的關(guān)系；對于給定的脈沖持續時(shí)間和能量
擁有這種SSFS模塊后您可能會(huì )發(fā)現，之前老舊的1um Yb激光器可調諧到1600 nm了，或者1550 nm的摻 Er光纖飛秒激光器也可成為2000 nm光源！SSFS模塊可實(shí)現完全連續調諧。圖2給出了典型的25fs輸入脈沖的可調諧曲線(xiàn)，現在只需轉動(dòng)電源旋鈕，就可以實(shí)現500 nm以上的可調諧性，這一切都要歸功于這個(gè)比書(shū)本更小的完全無(wú)源、完全即插即用的SSFS自頻移調諧模塊。該模塊成本僅占一臺新飛秒激光系統的小部分。如果用戶(hù)告訴詳細需求，我們還可以為您建議最佳光纖長(cháng)度模塊，以?xún)?yōu)化性能并進(jìn)一步降低成本，模塊中光纖長(cháng)度可參考圖3。
由于輸出光譜頻移孤子具有高度的相干性（圖4顯示了典型輸出脈沖相干特性）和穩定的偏振，您的光源現在有了更多新的應用。例如，這些功能可用于生物醫學(xué)應用，如虛擬活檢、多光子顯微（生物組織雙光子或三光子激發(fā)熒光成像）；也可用于1350 nm或1700 nm窗口（用于增加穿透深度），由于調諧范圍非常寬，可以選擇性地激發(fā)不同的熒光團。其他應用還包括非線(xiàn)性和時(shí)間分辨光譜（例如PAF、SHF、SFG或CARS）、雙頻梳產(chǎn)生（無(wú)需配備并同步兩臺飛秒激光器）、太赫茲產(chǎn)生、傳感和跟蹤氣體或燃燒產(chǎn)物監測等。通過(guò)使用SSFS自頻移調諧模塊模塊，用戶(hù)的標準摻鉺激光器可以獲得摻鈥或銩激光器功能并完成更多工作，例如微機械加工、激光消融、銘刻、選擇性吸收（使用致敏劑的活細胞中）和微創(chuàng )手術(shù)中等，另外也可以拓展到其他如量子、非線(xiàn)性光學(xué)、超快測量和光子學(xué)領(lǐng)域應用。
圖4輸出孤子相干-干涉條紋可見(jiàn)性；25fs脈沖
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