मल्टीफोर्न माइक्रोस्कोपी के लिए एक ऑल-नॉर्मल-डिस्ग्रेशन फेमटोसेकंड फाइबर लेजर का कम लागत वाला कस्टम फैब्रिकेशन और मोड-लॉक ऑपरेशन
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।
Protocol
Representative Results
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 इ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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-1000-1040-60×12.3-94 | For compressor |
| Waveplate rotation mount | Thorlabs | RSP1/M | 4x |
| Ytterbium-doped single mode double clad fiber | Thorlabs | YB1200-6/125DC | 3m |
References
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