超快激光器在科學(xué)和工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。而超快光纖激光器具備結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定、散熱性能良好、光束質(zhì)量出色等優(yōu)勢，高峰值功率光纖激光器在生物醫(yī)療、精密加工和航天航空都有著廣泛的應(yīng)用。脈沖持續(xù)時(shí)間低于100fs的超短脈沖激光器，因其極窄脈寬和超寬光譜獨(dú)特優(yōu)勢，可以應(yīng)用于晶圓檢測、五維光儲存和多光子顯微成像等諸多領(lǐng)域。
雙光子熒光顯微成像
超短脈沖技術(shù)重要應(yīng)用領(lǐng)域之一
圖1. 雙光子激發(fā)激光掃描立體顯微鏡成像【1】
雙光子熒光顯微成像技術(shù)是超短脈沖技術(shù)重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，通過雙光子熒光成像來區(qū)分細(xì)胞和結(jié)構(gòu)，可以對生物樣品進(jìn)行非侵入性研究，在三維空間內(nèi)獲得亞微米的成像分辨率。雙光子吸收的非線性過程，要求極高的電場強(qiáng)度，同光斑尺寸的情況下，脈寬越窄，雙光子吸收效率越高。近紅外超短脈沖(100 fs量級)的飛秒激光器成了雙光子顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)激發(fā)光源，可以獲得超過1mm 的成像深度，不會損傷焦平面之外的組織，并且生成更清晰的圖像。大多數(shù)熒光團(tuán)具有約50nm寬的激發(fā)光譜帶寬，所以需要使用不同波長的脈沖進(jìn)行激發(fā)。
可調(diào)諧增益管理非線性放大技術(shù)
實(shí)現(xiàn)百飛秒以下的極窄脈寬輸出
圖2. 極窄脈寬可調(diào)諧增益管理非線性放大飛秒激光器
目前，大多使用波長可調(diào)諧飛秒鈦寶石激光器作為光源，但是存在掃描時(shí)間較長，成像速度較慢等問題。對此，華日激光推出基于增益管理非線性放大（Gain-Managed Nonlinear Amplifier）的可調(diào)諧極窄脈寬光纖激光器（SmartFemto Pro）可很好地解決這一問題。在增益管理非線性放大過程中，脈沖會經(jīng)歷非線性光譜展寬，此時(shí)吸收和放大會主動(dòng)重塑脈沖和增益譜本身，電場和受激態(tài)粒子的動(dòng)態(tài)共同演化支持可以將光譜展寬幾乎兩個(gè)數(shù)量級，光譜可遠(yuǎn)超過增益帶寬，同時(shí)脈沖寬度可壓縮至接近變換極限脈寬【2】。SmartFemto Pro飛秒光纖激光器采用增益管理非線性放大方案實(shí)現(xiàn)百飛秒以下的極窄脈寬輸出，相較于傳統(tǒng)非線性壓縮技術(shù)，該激光器體積更小，結(jié)構(gòu)更簡單，成本更低。
圖3. 增益管理非線性放大光路示意圖
圖4. 增益管理非線性放大光譜
圖5. 增益管理非線性放大P-I曲線
圖6. 增益管理非線性放大輸出壓縮脈寬
華日激光SmartFemto Pro 光纖飛秒激光器，最終輸出 3dB光譜寬度超過70nm，單脈沖能量超過114nJ，峰值功率超過2.3MW，脈沖寬度可小于50fs，幾乎無底座旁瓣，脈沖寬度可精確調(diào)諧。
SmartFemto Pro 光纖飛秒激光器
在雙光子成像中具有獨(dú)特優(yōu)勢
光纖飛秒激光器以其小型化、穩(wěn)定性高、維護(hù)成本低和可調(diào)諧范圍廣等特點(diǎn)，在雙光子成像中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢：深度成像能力：SmartFemto Pro光纖飛秒激光的高峰值功率和<50fs 的極窄脈沖寬度，能夠有效激發(fā)深層組織中的熒光，實(shí)現(xiàn)更深的生物組織成像。生物兼容性：低光毒性特性減少了對活體細(xì)胞和組織的損傷，使長時(shí)間活體觀測成為可能。高分辨率：結(jié)合先進(jìn)光學(xué)設(shè)計(jì)，可達(dá)到亞微米級的空間分辨率，清晰揭示細(xì)胞及亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。靈活性與可擴(kuò)展性：光纖技術(shù)易于集成多種光譜和成像模態(tài)，如多光子激發(fā)、光譜成像等，拓展了研究范圍。極窄脈寬可調(diào)諧增益管理非線性放大飛秒激光器（SmartFemto Pro）的推出，為科學(xué)儀器市場定制的高性價(jià)比的激光器產(chǎn)品，該產(chǎn)品滿足各種條件下的科研應(yīng)用需求， 也是國內(nèi)超短脈沖激光器技術(shù)領(lǐng)先產(chǎn)品。【1】 Yanlong Yang Baoli Yao, Ming Lei, et al. Plos ONE, 2016, 11(12): e0168885-1-14.https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-6-10-1328&id=421844
【2】 P. Sidorenko, W. Fu, and F. W. Wise, et al. Optica 6, 1328- 1333 (2019).https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0168885
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