Mae laserau ffibr tra-chyflym twnadwy aml-baramedr wedi gyrru datblygiad llawer o feysydd sy'n dod i'r amlwg o ffotoneg biofeddygol femtosecond. Gan ei bod yn anodd tiwnio'n annibynnol dri pharamedr tonfedd y ganolfan, amlder ailadrodd a lled curiad y galon gydag egni pwls allbwn gwarantedig ar gyfer laserau tra chyflym cyflwr solet, mae ffotoneg biofeddygol femtosecond fel arfer yn defnyddio mwyhadur curiad pwls ffibr-ddetholus (pp-FCPA) ynghyd gyda mwyhadur parametrig optegol (OPA) fel y ffynhonnell golau gyrru. Fodd bynnag, mae cydrannau gofodol swmpus yr OPA yn effeithio'n fawr ar ansawdd trawst ac imiwnedd amgylcheddol y system, ac mae'r gwaith cynnal a chadw arferol diflas y tu hwnt i wybodaeth gwyddonwyr bywyd. Felly, er mwyn disodli'r dechnoleg OPA a defnyddio manteision y system pp-FCPA, datblygodd yr awduron ffynhonnell golau femtosecond y gellir ei thiwnio â thonfedd yn seiliedig ar gynhyrchu supercontinuum.
Ffig. 1 Tair ffordd o gynhyrchu supercontinwwm
Mae Ffigur 1 yn dangos tri dull cyffredin ar gyfer cynhyrchu sbectrwm uwch-continwwm. Mae Dull 1 yn defnyddio pensaernïaeth ymasiad holl-ffibr, sy'n cynnig yr adeiladwaith mwyaf cryno a sefydlogrwydd amgylcheddol rhagorol, ond mae'r ffibr yn cario laserau picosecond yn bennaf, a geir yn gyffredin mewn laserau masnachol. Mae Dull 2, ar y llaw arall, yn defnyddio cau ar gael yn fasnachol gyda chapiau diwedd ffibr ac ehangu modd fel trawsnewidydd tonfedd aflinol ynghlwm wrth oscillator saffir titaniwm i gefnogi trosi tonfedd ar gyfer corbys femtosecond. Mae Dull 3 yn debyg i Ddull 2, ond mae'n cyfuno pen blaen pp-FPCA â manteision opteg ffibr trwy gyplu corbys femtosecond egni uchel i mewn i adran o ffibr grisial ffotonig i gynhyrchu sbectrwm uwch-gontinwwm cydlynol. Dyma’r trydydd dull a ddefnyddir gan yr awduron yn y papur hwn.
Fodd bynnag, canfuwyd yn arbrofol bod y ffibr optegol a ddefnyddir ar gyfer cynhyrchu supercontinuum fel arfer yn cael ei niweidio ar ôl tua 100 awr o weithrediad cronnus. Mae difrod optegol na ellir ei wrthdroi yn cyfyngu'n fawr ar hyd oes ffynhonnell supercontinuum. Felly, mae angen mawr i bennu egwyddor y difrod optegol hwn er mwyn dod o hyd i fodd i'w osgoi. Os yw'r difrod optegol yn cael ei achosi gan halogion yn yr awyr mewn amgylchedd nad yw'n ystafell lân a / neu gyplu gofodol pŵer brig uchel ar wyneb diwedd y ffibr, gellir mynd i'r afael ag ef gan gapiau terfyn ffibr grisial ffotonig sydd ar gael yn fasnachol neu drwy gwympo agorfa benodol yn yr wyneb ffibr. .
Tabl 1 Tair senario arbrofol ar gyfer cynhyrchu supercontinwwm
Mae Tabl 1 yn rhestru'r tri chynllun arbrofol a ddefnyddir gan yr awduron i astudio mecanweithiau difrod ffibr. Roedd Cynllun 1 yn cysylltu pwls mewnbwn â thonfedd ganolog o 1030 nm, amlder ailadrodd o 10 MHz, a lled pwls o 280 fs i mewn i adran 25 cm o ffibr LMA-PM-15, ac ar ôl arbrofion ailadroddus, i gyd Canfuwyd bod y ffibr wedi'i niweidio ar ôl 100 ± 40 awr o weithrediad cronnus. Defnyddiodd Cynllun 2 ffynhonnell golau gyriant gwahanol a ffibr grisial ffotonig, ond arhosodd y dwysedd pŵer brig ynghyd â'r wyneb diwedd ffibr yr un fath ag yng Nghynllun 1. Fodd bynnag, mae Senario 2 yn dangos difrod optegol o fewn 10 ± 2 awr. Mae'r ddau gynllun yn wahanol o ran lle mae'r difrod optegol yn digwydd: mae'r difrod optegol yng nghynllun 1 wedi'i leoli<10 cm from the incident end of the fiber, whereas the optical damage in scheme 2 is located <1 cm from the incident end of the fiber. This difference suggests that the cause of the fiber damage is not airborne contaminants in the environment or the high peak power density during 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 grating (LPFG). When a pulse is coupled into an optical fiber, part of the energy goes into the core while the other part of the energy passes into the cladding. When the light from the core mode and the cladding mode interferes with each other and produces a standing wave, an LPFG is written in the fiber.The shorter the period of the LPFG, the more cycles are contained in the same fiber length, and the more easily the fiber is damaged.
I wirio'r syniad hwn, dewisodd yr awduron y ffibr LMA-PM-40-FUD gyda diamedr maes modd o hyd at 32 μm yng Nghynllun 3. Cyfrifir ei gyfnod LPFG i fod tua 9 cm, a'r hyd ffibr 9 cm yn llai nag un cylch, felly bydd yr effaith difrod ffibr damcaniaethol a achosir gan LPFG yn diflannu. Yn arbrofol, mae system optegol cynllun 3 hefyd yn aros yn sefydlog ar ôl 2000 awr o weithrediad cronedig.
Ffig. 2 Diagram sgematig o ffynhonnell golau femtosecond tiwnadwy aml-baramedr yn seiliedig ar drawsnewidydd ffibr aflinol
Mae Ffigur 2 yn cynrychioli'r ffynhonnell golau femtosecond tunadwy aml-baramedr a adeiladwyd gan yr awduron yn seiliedig ar Gynllun 3. Mae'r ffynhonnell golau gyfan yn cynnwys system pp-FCPA gyda thiwnadwy amledd ailadrodd o 1-10 MHz fel y pen blaen, a ffibr grisial ffotonig sy'n osgoi'r difrod optegol a achosir gan y LPFG fel yr uned sy'n cynhyrchu'r sbectrwm supercontinuum, hy, y trawsnewidydd aflinol ffibr (FNWC). Mae'r pwls sydd wedi'i ehangu'n sbectrol yn cael ei gyfeirio at siapiwr pwls rhaglenadwy. Trwy ddewis ffenestr hidlo benodol a swm yr iawndal gwasgariad, gellir tiwnio tonfedd y ganolfan yn yr ystod o 950-1110 nm a gellir tiwnio lled pwls yn yr ystod o 40-400 fs. Yn ogystal, gellir trosglwyddo'r pwls allbwn terfynol gydag adran o glytcord ffibr optig ffibr-craidd gwag Kagome gwasgariad isel, gan ganiatáu i'r ffynhonnell golau hon gael ei newid yn hawdd rhwng gwahanol fodiwlau cymhwysiad.
I grynhoi, mae'r awduron wedi datblygu affeithiwr dibynadwy amledd trwm, tonfedd, a lled pwls ar gyfer laserau ffibr femtosecond y gellir ei drin yn sylweddol, yn esbonio ac yn atal difrod optegol yn y system ffibr cypledig, ac y mae gan ei system laser integredig gyfatebol lefel uchel o sefydlogrwydd, y disgwylir iddo ehangu cymwysiadau laserau tra chyflym tiwnadwy yn y meysydd biolegol a meddygol.
