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中，它們可以產生超短激光脈沖。光纖飛秒激光器產生的光譜通常對應于鐿（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。

      由于受到其摻雜增益介質的限制，大多數飛秒激光器波長基本固定，這極大地限制飛秒激光應用范圍。當然還有其他摻雜介質（銩、鈥）的飛秒激光器可拓展波長，但是價格昂貴。目前常見的飛秒激光器主要是摻Er和摻Yb的商業飛秒激光器，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，超連續譜譜產生等，但通常這些方法相當復雜且昂貴。

     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 飛秒激光器轉換為波長可調光源，并具有非常寬的調諧范圍。用戶不必再成為光子專家，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，光譜就會魔法般在長度優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）是脈沖內受激拉曼散射的一種表現形式。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系數。光纖還應具有小模場直徑、低損耗、單模和保偏特性，只有這樣它才能保證穩定的工作，并具有低噪聲、短脈沖寬度、穩定的偏振和高相干性。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，減小損耗有點棘手），同時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

     將飛秒激光轉換為可調諧激光光源可以不需要專業的光子專業知識，這正是我們商用SSFS模塊想達到的目的，用戶只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換成可調諧的光源。您只需將輸入光纖連接到激光器，并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，這些是測量偽影，我們在這里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，可以提高飛秒系統的性能，增加波長范圍，拓展全新應用。

圖2光譜位移與脈沖能量的關系；25fs脈沖

圖3光譜位移與模塊長度的關系；對于給定的脈沖持續時間和能量

     擁有這種SSFS模塊后您可能會發現，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輸入脈沖的可調諧曲線，現在只需轉動電源旋鈕，就可以實現500 nm以上的可調諧性，這一切都要歸功于這個比書本更小的無源、即插即用的SSFS自頻移調諧模塊。該模塊成本僅占一臺新飛秒激光系統的小部分。如果用戶告訴詳細需求，我們還可以為您建議最佳光纖長度模塊，以優化性能并進一步降低成本，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，這些功能可用于生物醫學應用，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）；也可用于1350 nm或1700 nm窗口（用于增加穿透深度），由于調諧范圍非常寬，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）、雙頻梳產生（無需配備并同步兩臺飛秒激光器）、太赫茲產生、傳感和跟蹤氣體或燃燒產物監測等。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并完成更多工作，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輸出孤子相干-干涉條紋可見性；25fs脈沖

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