Večparametrsko nastavljivi ultrahitri vlakneni laserji poganjajo številna nastajajoča področja femtosekundne biomedicinske fotonike. Ker je pri polprevodniških ultrahitrih laserjih težko neodvisno nastaviti tri parametre osrednje valovne dolžine, frekvence ponavljanja in širine impulza z zajamčeno energijo izhodnega impulza, femtosekundna biomedicinska fotonika običajno uporablja impulzno selektivne ojačevalnike impulzov s čirpanjem z enojnim vlaknom (pp-FCPA) z optično parametrično ojačevalniki (OPA) kot vir vozne svetlobe. Vendar kompleksne prostorske komponente OPA močno vplivajo na kakovost žarka in okoljsko odpornost sistema, dolgočasno rutinsko vzdrževanje pa je zunaj znanja znanstvenikov o življenju. Zato so avtorji, da bi nadomestili tehnologijo OPA in izkoristili sistem pp-FCPA, razvili femtosekundni svetlobni vir, nastavljiv po valovni dolžini, ki temelji na ustvarjanju superkontinuuma.
Slika 1 prikazuje tri običajne metode za ustvarjanje spektra superkontinuuma. Metoda 1 uporablja arhitekturo fuzije vseh vlaken, ki ima najkompaktnejšo strukturo in odlično okoljsko stabilnost, vendar je prenos v vlaknu večinoma pikosekundni laser, ki ga običajno najdemo v komercialnih laserjih. Metoda 2 uporablja komercialno zapiralo s končnimi pokrovčki za vlakna in podaljški načina kot dodatni nelinearni pretvornik valovne dolžine za oscilatorje iz titanovega safirja za podporo pretvorbe valovne dolžine femtosekundnih impulzov. Metoda 3 je podobna metodi 2, vendar vključuje sprednji del pp-FPCA s prednostmi vlaken s povezovanjem visokoenergetskega femtosekundnega impulza v odsek fotonskih kristalnih vlaken, da se proizvede koherenten spekter superkontinuuma. To je tretja metoda, ki jo avtorji uporabljajo v tem članku.
Vendar je bilo ugotovljeno, da se vlakno, ki se uporablja za ustvarjanje superkontinuuma, običajno poškoduje po približno 100 urah kumulativnega delovanja. Nepopravljive optične poškodbe bistveno omejijo življenjsko dobo izvora superkontinuuma. Zato je treba določiti načelo te optične poškodbe, da bi našli način, kako se ji izogniti. Če fotopoškodbo povzročijo onesnaževalci v zraku v okolju, ki ni super čista soba, in/ali prostorsko spajanje visoke konične moči na končni strani vlaken, jo je mogoče odpraviti s komercialno dostopnimi končnimi kapicami iz fotonskih kristalnih vlaken ali z zrušitvijo posebnih odprtin na čelni strani vlaken .
Tabela 1 navaja tri eksperimentalne sheme, ki so jih avtorji uporabili za preučevanje mehanizma poškodb optičnih vlaken. Shema 1 je združila vhodni impulz z osrednjo valovno dolžino 1030 nm, frekvenco ponavljanja 10 MHz in širino impulza 280 fs v 25 cm dolg odsek vlakna LMA-PM-15 in po ponovljenih poskusih so vsi ugotovili, da je bilo vlakno poškodovano po 100 ± 40 urah kumulativnega delovanja. Shema 2 je uporabila drugačen pogonski vir in fotonsko kristalno vlakno, vendar je največja gostota moči, povezana s čelno stranjo vlakna, ostala enaka kot pri shemi 1. Vendar pa shema 2 povzroči fotopoškodbe v 10 ± 2 urah. Lokacija, kjer pride do optične poškodbe, se med tema dvema scenarijema razlikuje: optična poškodba v scenariju 1 se nahaja<10 cm from the incident end of the fiber, whereas the optical damage in scenario 2 is located <1 cm from the incident end of the fiber. This difference indicates that the cause of fiber damage is not air contaminants in the environment or the high peak power density at the time of 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 gratings (LPFG). When a pulse is coupled into the fiber, part of the energy enters the core while the other part is transmitted into the cladding. When the light from the core mode and the cladding mode interfere with each other and generate standing waves, an LPFG is written into the fiber. the shorter the period of the LPFG, the more periods are contained in the same fiber length, and the more easily the fiber is damaged.
Da bi preverili to zamisel, so avtorji v shemi 3 izbrali vlakno LMA-PM-40-FUD s premerom modnega polja 32 μm. Perioda LPFG je bila izračunana na približno 9 cm, dolžina vlakna 9 cm pa je manj kot en cikel, tako da bo učinek poškodbe vlaken, ki ga povzroči LPFG, teoretično izginil. Eksperimentalno optični sistem sheme 3 prav tako ostane stabilen po 2000 urah kumulativnega delovanja.
Slika 2 prikazuje večparametrični nastavljiv femtosekundni svetlobni vir, ki so ga izdelali avtorji na podlagi sheme 3. Celoten svetlobni vir je sestavljen iz sistema pp-FCPA s frekvenco ponavljanja, ki je nastavljiva od 1-10 MHz kot sprednji del, in fotonskega kristala vlakno, ki preprečuje optične poškodbe, ki jih povzroča LPFG kot enota, ki ustvarja superzvezni spekter, tj. vlaknenski nelinearni pretvornik (FNWC). Po spektralni razširitvi se impulzi usmerijo v programabilni oblikovalnik impulzov. Z izbiro določenega okna filtra in zneska kompenzacije disperzije je mogoče nastaviti osrednjo valovno dolžino v območju 950-1110 nm in širino impulza v območju 40-400 fs. Poleg tega se končni izhodni impulz lahko prenaša z odsekom kabla Kagome z votlimi vlakni z nizko disperzijo, kar omogoča enostavno preklapljanje tega svetlobnega vira med različnimi aplikacijskimi moduli.
Če povzamemo, avtorji so razvili zanesljiv pripomoček za laserje s femtosekundnimi vlakni z znatno nastavljivostjo v smislu ponovne frekvence, valovne dolžine in širine impulza, ki pojasnjuje in zavira optične poškodbe v sistemu sklopljenih vlaken in katerega ustrezni integrirani laserski sistem je visoko stabilen, ki obeta razširitev uporabe nastavljivih ultrahitrih laserjev na biološkem in medicinskem področju.
