SSFS飛秒激光孤子自頻移波長調諧技術

      飛秒激光器現已應用在許多實驗室和工業(ye) 中，它們(men) 可以產(chan) 生超短激光脈衝(chong) 。光纖飛秒激光器產(chan) 生的光譜通常對應於(yu) 鐿（Yb）和鉺（Er）的光譜窗口，中心波長典型值為(wei) 1030nm和1550nm。1fs等於(yu) 10^-15秒，時間間隔超級短暫，通常這種飛秒激光器通常被稱為(wei) 超快激光器。由於(yu) 其固有的穩定性、免維護操作和光學安全性，以全光纖形式出現的超快激光器有著誘人的應用前景。

      由於(yu) 受到其摻雜增益介質的限製，大多數飛秒激光器波長基本固定，這極大地限製飛秒激光應用範圍。當然還有其他摻雜介質（銩、鈥）的飛秒激光器可拓展波長，但是價(jia) 格昂貴。目前常見的飛秒激光器主要是摻Er和摻Yb的商業(ye) 飛秒激光器，即使擁有摻Ho和摻Th激光器，波長範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直接覆蓋。當然，有一些方法可以讓飛秒光源具有可調諧性，比如OPO光學參量振蕩器，超連續譜譜產(chan) 生等，但通常這些方法相當複雜且昂貴。

     基於(yu) 此，我們(men) 引入了SSFS非線性光纖，允許任何人將其1030 nm或1550 nm 飛秒激光器轉換為(wei) 波長可調光源，並具有非常寬的調諧範圍。用戶不必再成為(wei) 光子專(zhuan) 家，就能進行孤子光譜調諧，用戶所需要做的就是將輸入功率調高或調低，光譜就會(hui) 魔法般在長度優(you) 化過的非線性光纖中頻移。

     所謂SSFS孤子自頻移效應（Soliton self-frequency shift）是脈衝(chong) 內(nei) 受激拉曼散射的一種表現形式。光譜偏移的程度取決(jue) 於(yu) 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(wei) 了使這種光纖有效地移動孤子，它應該具有大的（和正的）反常色散，在此光譜區域石英光纖通常具有負色散係數。光纖還應具有小模場直徑、低損耗、單模和保偏特性，隻有這樣它才能保證穩定的工作，並具有低噪聲、短脈衝(chong) 寬度、穩定的偏振和高相幹性。換句話說，它不是一種典型的標準光纖，但必須針對工作條件進行優(you) 化。SSFS光纖與(yu) 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，減小損耗有點棘手），同時確保不會(hui) 引入過多的啁啾。

圖1，基本孤子自頻移的光譜演化

     將飛秒激光轉換為(wei) 可調諧激光光源可以不需要專(zhuan) 業(ye) 的光子專(zhuan) 業(ye) 知識，這正是我們(men) 商用SSFS模塊想達到的目的，用戶隻需得到想要結果即可。屹持光電提供即插即用SSFS非線性模塊，用戶隻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換成可調諧的光源。您隻需將輸入光纖連接到激光器，並在輸出端監測孤子光譜位移！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。（無需擔心圖中的某些噪聲，這些是測量偽(wei) 影，我們(men) 在這裏展示未經處理的原始數據）。通過增加輸入功率，光譜位移增加，這是一種非常簡單且經濟高效的方法，可以提高飛秒係統的性能，增加波長範圍，拓展全新應用。

圖2光譜位移與(yu) 脈衝(chong) 能量的關(guan) 係；25fs脈衝(chong)

圖3光譜位移與(yu) 模塊長度的關(guan) 係；對於(yu) 給定的脈衝(chong) 持續時間和能量

     擁有這種SSFS模塊後您可能會(hui) 發現，之前老舊的1um Yb激光器可調諧到1600 nm了，或者1550 nm的摻 Er光纖飛秒激光器也可成為(wei) 2000 nm光源！SSFS模塊可實現連續調諧。圖2給出了典型的25fs輸入脈衝(chong) 的可調諧曲線，現在隻需轉動電源旋鈕，就可以實現500 nm以上的可調諧性，這一切都要歸功於(yu) 這個(ge) 比書(shu) 本更小的無源、即插即用的SSFS自頻移調諧模塊。該模塊成本僅(jin) 占一台新飛秒激光係統的小部分。如果用戶告訴詳細需求，我們(men) 還可以為(wei) 您建議最佳光纖長度模塊，以優(you) 化性能並進一步降低成本，模塊中光纖長度可參考圖3。

     由於(yu) 輸出光譜頻移孤子具有高度的相幹性（圖4顯示了典型輸出脈衝(chong) 相幹特性）和穩定的偏振，您的光源現在有了更多新的應用。例如，這些功能可用於(yu) 生物醫學應用，如虛擬活檢、多光子顯微（生物組織雙光子或三光子激發熒光成像）；也可用於(yu) 1350 nm或1700 nm窗口（用於(yu) 增加穿透深度），由於(yu) 調諧範圍非常寬，可以選擇性地激發不同的熒光團。其他應用還包括非線性和時間分辨光譜（例如PAF、SHF、SFG或CARS）、雙頻梳產(chan) 生（無需配備並同步兩(liang) 台飛秒激光器）、betway竞猜產(chan) 生、傳(chuan) 感和跟蹤氣體(ti) 或燃燒產(chan) 物監測等。通過使用SSFS自頻移調諧模塊模塊，用戶的標準摻鉺激光器可以獲得摻鈥或銩激光器功能並完成更多工作，例如微機械加工、激光消融、銘刻、選擇性吸收（使用致敏劑的活細胞中）和微創手術中等，另外也可以拓展到其他如量子、非線性光學、超快測量和光子學領域應用。

圖4輸出孤子相幹-幹涉條紋可見性；25fs脈衝(chong)

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