1.2μm波段超短脉冲拉曼光纤激光器

发布时间：2020-03-26 03:44

【摘要】：1.2μm波段的超短脉冲激光,倍频后的光根据波长不同,可被应用于生物医学、光谱学探测、光学相干断层扫描等。其中,随着荧光蛋白逐步成为当代生物医学的重要研究手段,红色荧光蛋白和深红荧光蛋白需要1.2μm波段的超短脉冲才能产生双光子激发效应,这使得1.2μm超短脉冲的研制具有重要的研究意义。本论文主要对1.2μm波段超短脉冲激光产生的基本理论及实验进行了研究。论文的主要内容如下:1.给出了1.2μm波段超短脉冲激光的研究背景及意义,调研了1.2μm波段激光脉冲在国内外的研究现状及进展。2.分析了用非线性偏振旋转锁模光纤激光器作为种子源,通过拉曼频移产生1.2μm波段脉冲激光的原理。讨论了当前光纤锁模激光器产生脉冲的三种主要方法,对其优缺点进行了分析;介绍了获得1.2μm波段的脉冲产生方法及受激拉曼散射的原理,给出了获得超连续谱的方法。3.研制了获得超连续谱的种子源,获得了1μm超短脉冲激光。基于非线性偏振旋转锁模的掺镱光纤激光器,获得了耗散孤子脉冲和类噪声锁模脉冲两种激光输出。对耗散孤子锁模脉冲激光进行优化,获得了中心波长在1030nm-1041 nm可调的脉冲输出,重复频率为24.6 MHz,信噪比为70 d B,脉冲宽度约为13.91 ps。4.将获得的种子光输入掺镱光纤放大器,获得了1.2μm波段的超连续谱输出,经过滤波产生1.2μm的飞秒脉冲。系统研究了不同中心波长的种子脉冲以及放大器增益光纤长度对掺镱光纤放大器输出宽光谱特性的影响。将获得的1.2μm波段超短脉冲光通过光栅对压缩后,分别耦合进500 m的单模光纤和100m的掺磷光纤,进一步展宽了输出光谱,经过100 m掺磷光纤后输出光谱为1030 nm-1400 nm超平坦宽光谱;经过500 m单模光纤后输出光谱为1030nm-1700 nm宽光谱。采用刀片法将经过500 m单模光纤后获得的宽光谱滤波,滤出3 d B带宽约为20 nm的1.2μm窄脉冲,脉冲宽度为297fs,重频为24.6 MHz,输出功率约为500 m W。5.针对实验中遇到的放大器光纤熔断及耦合效率问题进行了分析,着重探讨了光纤中的热沉积效应对光纤损伤的影响,解决了熔点问题;对空间光—光纤耦合效率低的问题进行了讨论,并提出了相应的解决方案,提高了耦合效率。
【图文】：

荧光光谱,荧光蛋白,超短脉冲,波段

第 1 章绪论激光器有连续激光器和脉冲激光器两种，把单个脉冲宽度小于 1 ns 或更短的脉冲激光器界定为超短脉冲激光器。由于超短脉冲激光器具有较高的峰值功率、短的脉冲宽度、宽的光谱范围等优点，在医疗、材料加工、光学测距、激光切割等领域有着广泛的应用。1.1 课题研究背景和意义超短脉冲具有持续时间短、峰值功率高、带宽较大等优点，使飞秒化学、高能物理、生物医学等领域得到了长足的发展。1.2 μm 波段的超短脉冲激光，根据其波长不同，应用领域不同，例如波长为 1100 nm 光倍频可用于一氧化碳毒性检测；如图 1-1（a）1178 nm 高功率窄线宽激光脉冲倍频后激发钠原子应用于钠导星；波长为 1120 nm 的脉冲激光倍频应用于荧光光谱检测、原子光谱学、共焦显微镜；1300 nm 脉冲激光应用于光学相干断层扫描；如图 1-1（b）荧光蛋白活体光学成像等相关领域。

双光子激发,单光子

北京工业大学工学硕士学位论文所以激发波长在近红外波段的荧光蛋白具有更好的医学价值。飞秒激光双光子荧光显微成像中，最为常用的荧光蛋白为：黄色荧，激发峰在 514 nm 附近）、光谱红移的红色荧光蛋白（RFP，激发峰近）以及深红色荧光蛋白（fRFP，激发峰在 650 nm 附近）。荧光蛋单光子激发，也可用双光子或多光子激发。目前主流使用的是单光光子激发由于其自身的一些优良的特性，近年来逐渐成为研究热点子激发，如图 1-2 所示，双光子激发主要在脉冲激光器所产生的超处[3]，荧光分子在焦平面外不被激发，较多的激发光聚集在焦平面更深的标本。而由于所用光波长较长，受散射影响较小，容易穿红外光比短波长光对细胞的伤害更小。此外，用双光子荧光显微镜激发能量低，，不发生对应的单光子过程[4]，使双光子过程有较好的对样品伤害较小。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248

【参考文献】