SSFS飛秒激光孤子自頻移波長調(diào)諧技術(shù)

      飛秒激光器現(xiàn)已應(yīng)用在許多實(shí)驗(yàn)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(yīng)于鐿（Yb）和鉺（Er）的光譜窗口，中心波長典型值為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為超快激光器。由于其固有的穩(wěn)定性、免維護(hù)操作和光學(xué)安全性，以全光纖形式出現(xiàn)的超快激光器有著誘人的應(yīng)用前景。

      由于受到其摻雜增益介質(zhì)的限制，大多數(shù)飛秒激光器波長基本固定，這極大地限制飛秒激光應(yīng)用范圍。當(dāng)然還有其他摻雜介質(zhì)（銩、鈥）的飛秒激光器可拓展波長，但是價(jià)格昂貴。目前常見的飛秒激光器主要是摻Er和摻Y(jié)b的商業(yè)飛秒激光器，即使擁有摻Ho和摻Th激光器，波長范圍中仍然存在巨大空白，這些波長無法通過使用可用的增益介質(zhì)直接覆蓋。當(dāng)然，有一些方法可以讓飛秒光源具有可調(diào)諧性，比如OPO光學(xué)參量振蕩器，超連續(xù)譜譜產(chǎn)生等，但通常這些方法相當(dāng)復(fù)雜且昂貴。

     基于此，我們引入了SSFS非線性光纖，允許任何人將其1030 nm或1550 nm 飛秒激光器轉(zhuǎn)換為波長可調(diào)光源，并具有非常寬的調(diào)諧范圍。用戶不必再成為光子專家，就能進(jìn)行孤子光譜調(diào)諧，用戶所需要做的就是將輸入功率調(diào)高或調(diào)低，光譜就會魔法般在長度優(yōu)化過的非線性光纖中頻移。

     所謂SSFS孤子自頻移效應(yīng)（Soliton self-frequency shift）是脈沖內(nèi)受激拉曼散射的一種表現(xiàn)形式。光譜偏移的程度取決于非線性相互作用的長度（在此即光纖長度）和輸入孤子的峰值功率。為了使這種光纖有效地移動孤子，它應(yīng)該具有大的（和正的）反常色散，在此光譜區(qū)域石英光纖通常具有負(fù)色散系數(shù)。光纖還應(yīng)具有小模場直徑、低損耗、單模和保偏特性，只有這樣它才能保證穩(wěn)定的工作，并具有低噪聲、短脈沖寬度、穩(wěn)定的偏振和高相干性。換句話說，它不是一種典型的標(biāo)準(zhǔn)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)確保不會引入過多的啁啾。

圖1，基本孤子自頻移的光譜演化

     將飛秒激光轉(zhuǎn)換為可調(diào)諧激光光源可以不需要專業(yè)的光子專業(yè)知識，這正是我們商用SSFS模塊想達(dá)到的目的，用戶只需得到想要結(jié)果即可。屹持光電提供即插即用SSFS非線性模塊，用戶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，將固定波長的光源轉(zhuǎn)換成可調(diào)諧的光源。您只需將輸入光纖連接到激光器，并在輸出端監(jiān)測孤子光譜位移！圖1顯示了輸出的孤子光譜演化，可觀測到無論輸入能量是多少，頻移任然保持了光譜純度和孤子形狀。（無需擔(dān)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(shù)據(jù)）。通過增加輸入功率，光譜位移增加，這是一種非常簡單且經(jīng)濟(jì)高效的方法，可以提高飛秒系統(tǒng)的性能，增加波長范圍，拓展全新應(yīng)用。

圖2光譜位移與脈沖能量的關(guān)系；25fs脈沖

圖3光譜位移與模塊長度的關(guān)系；對于給定的脈沖持續(xù)時(shí)間和能量

     擁有這種SSFS模塊后您可能會發(fā)現(xiàn)，之前老舊的1um Yb激光器可調(diào)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(xiàn)連續(xù)調(diào)諧。圖2給出了典型的25fs輸入脈沖的可調(diào)諧曲線，現(xiàn)在只需轉(zhuǎn)動電源旋鈕，就可以實(shí)現(xiàn)500 nm以上的可調(diào)諧性，這一切都要?dú)w功于這個(gè)比書本更小的無源、即插即用的SSFS自頻移調(diào)諧模塊。該模塊成本僅占一臺新飛秒激光系統(tǒng)的小部分。如果用戶告訴詳細(xì)需求，我們還可以為您建議最佳光纖長度模塊，以優(yōu)化性能并進(jìn)一步降低成本，模塊中光纖長度可參考圖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(wěn)定的偏振，您的光源現(xiàn)在有了更多新的應(yīng)用。例如，這些功能可用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)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(diào)諧范圍非常寬，可以選擇性地激發(fā)不同的熒光團(tuán)。其他應(yīng)用還包括非線性和時(shí)間分辨光譜（例如PAF、SHF、SFG或CARS）、雙頻梳產(chǎn)生（無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(jiān)測等。通過使用SSFS自頻移調(diào)諧模塊模塊，用戶的標(biāo)準(zhǔn)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(jī)械加工、激光消融、銘刻、選擇性吸收（使用致敏劑的活細(xì)胞中）和微創(chuàng)手術(shù)中等，另外也可以拓展到其他如量子、非線性光學(xué)、超快測量和光子學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用。

圖4輸出孤子相干-干涉條紋可見性；25fs脈沖

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