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小于50 fs的极窄脉宽！华日激光推出新型飞秒光纤激光器 | OE NEWS

光电汇OESHOW

2024-06-04

导读：超快激光器在科学和工业中的应用越来越广泛

超快激光器在科学和工业中的应用越来越广泛。而超快光纤激光器具备结构紧凑稳定、散热性能良好、光束质量出色等优势，高峰值功率光纤激光器在生物医疗、精密加工和航天航空都有着广泛的应用。

脉冲持续时间低于100 fs的超短脉冲激光器，因其极窄脉宽和超宽光谱独特优势，可以应用于晶圆检测、五维光储存和多光子显微成像等诸多领域。

双光子荧光显微成像

超短脉冲技术重要应用领域之一

图1 双光子激发激光扫描立体显微镜成像^[1]

双光子荧光显微成像技术是超短脉冲技术重要应用领域之一，通过双光子荧光成像来区分细胞和结构，可以对生物样品进行非侵入性研究，在三维空间内获得亚微米的成像分辨率。

双光子吸收的非线性过程，要求极高的电场强度，同光斑尺寸的情况下，脉宽越窄，双光子吸收效率越高。近红外超短脉冲（100 fs量级）的飞秒激光器成了双光子显微镜的标准激发光源，可以获得超过1 mm的成像深度，不会损伤焦平面之外的组织，并且生成更清晰的图像。大多数荧光团具有约50 nm宽的激发光谱带宽，所以需要使用不同波长的脉冲进行激发。

可调谐增益管理非线性放大技术

实现百飞秒以下的极窄脉宽输出

图2 极窄脉宽可调谐增益管理非线性放大飞秒激光器

目前，大多使用波长可调谐飞秒钛宝石激光器作为光源，但是存在扫描时间较长，成像速度较慢等问题。对此，华日激光推出基于增益管理非线性放大（Gain-Managed Nonlinear Amplifier）的可调谐极窄脉宽光纤激光器（SmartFemto Pro）可很好地解决这一问题。

在增益管理非线性放大过程中，脉冲会经历非线性光谱展宽，此时吸收和放大会主动重塑脉冲和增益谱本身，电场和受激态粒子的动态共同演化支持可以将光谱展宽几乎两个数量级，光谱可远超过增益带宽，同时脉冲宽度可压缩至接近变换极限脉宽^[2]。

此款飞秒光纤激光器技术规格：

▸ 中心波长：1040±5 nm

▸ 光谱宽度：＞70 nm

▸ 输出功率：＞4 W

▸ 重复频率：40±5 MHz

▸ 脉冲能量：＞100 nJ@35 MHz

▸ 脉冲宽度：＜50 fs

SmartFemto Pro飞秒光纤激光器采用增益管理非线性放大方案实现百飞秒以下的极窄脉宽输出，相较于传统非线性压缩技术，该激光器体积更小，结构更简单，成本更低。

图3 增益管理非线性放大光路示意图

图4 增益管理非线性放大光谱

图5 增益管理非线性放大P-I曲线

图6 增益管理非线性放大输出压缩脉宽

华日激光SmartFemto Pro光纤飞秒激光器，最终输出3 dB光谱宽度超过70 nm，单脉冲能量超过114 nJ，峰值功率超过2.3 MW，脉冲宽度可小于50 fs，几乎无底座旁瓣，脉冲宽度可精确调谐。

SmartFemto Pro 光纤飞秒激光器

在双光子成像中具有独特优势

光纤飞秒激光器以其小型化、稳定性高、维护成本低和可调谐范围广等特点，在双光子成像中展现出独特优势：

深度成像能力：SmartFemto Pro光纤飞秒激光的高峰值功率和<50 fs的极窄脉冲宽度，能够有效激发深层组织中的荧光，实现更深的生物组织成像。

生物兼容性：低光毒性特性减少了对活体细胞和组织的损伤，使长时间活体观测成为可能。

高分辨率：结合先进光学设计，可达到亚微米级的空间分辨率，清晰揭示细胞及亚细胞结构。

灵活性与可扩展性：光纤技术易于集成多种光谱和成像模态，如多光子激发、光谱成像等，拓展了研究范围。

极窄脉宽可调谐增益管理非线性放大飞秒激光器（SmartFemto Pro）的推出，为科学仪器市场定制的高性价比的激光器产品，该产品满足各种条件下的科研应用需求，也是国内超短脉冲激光器技术领先产品。

[1] Yanlong Yang Baoli Yao, Ming Lei, et al. Plos ONE, 2016, 11(12): e0168885-1-14.

https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-6-10-1328&id=421844

[2] P. Sidorenko, W. Fu, and F. W. Wise, et al. Optica 6, 1328- 1333 (2019).

https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0168885

来源：华日激光