SSFS飞秒激光孤子自频移波长调谐技术

      飞秒激光器现已应用在许多实验室和工业中，它们可以产生超短激光脉冲。光纤飞秒激光器产生的光谱通常对应于镱（Yb）和铒（Er）的光谱窗口，中心波长典型值为1030nm和1550nm。1fs等于10-15秒，时间间隔超级短暂，通常这种飞秒激光器通常被称为超快激光器。由于其固有的稳定性、免维护操作和光学安全性，以全光纤形式出现的超快激光器有着诱人的应用前景。

      由于受到其掺杂增益介质的限制，大多数飞秒激光器波长基本固定，这极大地限制飞秒激光应用范围。当然还有其他掺杂介质（铥、钬）的飞秒激光器可拓展波长，但是价格昂贵。目前常见的飞秒激光器主要是掺Er和掺Yb的商业飞秒激光器，即使拥有掺Ho和掺Th激光器，波长范围中仍然存在巨大空白，这些波长无法通过使用可用的增益介质直接覆盖。当然，有一些方法可以让飞秒光源具有可调谐性，比如OPO光学参量振荡器，超连续谱谱产生等，但通常这些方法相当复杂且昂贵。

 

      基于此，我们引入了SSFS非线性光纤，允许任何人将其1030 nm或1550 nm 飞秒激光器转换为波长可调光源，并具有非常宽的调谐范围。用户不必再成为光子专家，就能进行孤子光谱调谐，用户所需要做的就是将输入功率调高或调低，光谱就会魔法般在长度优化过的非线性光纤中频移。

      所谓SSFS孤子自频移效应（Soliton self-frequency shift）是脉冲内受激拉曼散射的一种表现形式。光谱偏移的程度取决于非线性相互作用的长度（在此即光纤长度）和输入孤子的峰值功率。为了使这种光纤有效地移动孤子，它应该具有大的（和正的）反常色散，在此光谱区域石英光纤通常具有负色散系数。光纤还应具有小模场直径、低损耗、单模和保偏特性，只有这样它才能保证稳定的工作，并具有低噪声、短脉冲宽度、稳定的偏振和高相干性。换句话说，它不是一种典型的标准光纤，但必须针对工作条件进行优化。SSFS光纤与飞秒激光器的连接损耗非常小（考虑到模式特性的典型差异，减小损耗有点棘手），同时确保不会引入过多的啁啾。

图1，基本孤子自频移的光谱演化

      将飞秒激光转换为可调谐激光光源可以不需要专业的光子专业知识，这正是我们商用SSFS模块想达到的目的，用户只需得到想要结果即可。屹持光电提供即插即用SSFS非线性模块，用户只需将其连接到激光器输出端口即可，这种模块就可以像神奇的黑匣子，将固定波长的光源转换成可调谐的光源。您只需将输入光纤连接到激光器，并在输出端监测孤子光谱位移！图1显示了输出的孤子光谱演化，可观测到无论输入能量是多少，频移任然保持了光谱纯度和孤子形状。（无需担心图中的某些噪声，这些是测量伪影，我们在这里展示未经处理的原始数据）。通过增加输入功率，光谱位移增加，这是一种非常简单且经济高效的方法，可以提高飞秒系统的性能，增加波长范围，拓展全新应用。

图2光谱位移与脉冲能量的关系；25fs脉冲图3光谱位移与模块长度的关系；对于给定的脉冲持续时间和能量

      拥有这种SSFS模块后您可能会发现，之前老旧的1um Yb激光器可调谐到1600 nm了，或者1550 nm的掺 Er光纤飞秒激光器也可成为2000 nm光源！SSFS模块可实现完全连续调谐。图2给出了典型的25fs输入脉冲的可调谐曲线，现在只需转动电源旋钮，就可以实现500 nm以上的可调谐性，这一切都要归功于这个比书本更小的完全无源、完全即插即用的SSFS自频移调谐模块。该模块成本仅占一台新飞秒激光系统的小部分。如果用户告诉详细需求，我们还可以为您建议最佳光纤长度模块，以优化性能并进一步降低成本，模块中光纤长度可参考图3。

      由于输出光谱频移孤子具有高度的相干性（图4显示了典型输出脉冲相干特性）和稳定的偏振，您的光源现在有了更多新的应用。例如，这些功能可用于生物医学应用，如虚拟活检、多光子显微（生物组织双光子或三光子激发荧光成像）；也可用于1350 nm或1700 nm窗口（用于增加穿透深度），由于调谐范围非常宽，可以选择性地激发不同的荧光团。其他应用还包括非线性和时间分辨光谱（例如PAF、SHF、SFG或CARS）、双频梳产生（无需配备并同步两台飞秒激光器）、太赫兹产生、传感和跟踪气体或燃烧产物监测等。通过使用SSFS自频移调谐模块模块，用户的标准掺铒激光器可以获得掺钬或铥激光器功能并完成更多工作，例如微机械加工、激光消融、铭刻、选择性吸收（使用致敏剂的活细胞中）和微创手术中等，另外也可以拓展到其他如量子、非线性光学、超快测量和光子学领域应用。

 

图4输出孤子相干-干涉条纹可见性；25fs脉冲