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性能再次提升!Spark Lasers 920nm飞秒光纤激光器

时间:2022-10-10 点击次数:3664

自Spark Lasers公司推出ALCOR 920系列920nm飞秒光纤激光器以来,该系列产品就成为脑科学双光子显微成像系统主要使用的光纤飞秒激光器。凭借其高功率、窄脉宽、高稳定性、免维护等特性,ALCOR 920不仅成为传统钛蓝宝石飞秒激光器的高性价比替代产品。

 

ALCOR 920采用了Spark Lasers最新的HPC®技术(High Pulse Contrast),功率有了进一步提高,同时脉冲形状也得到了优化。与前一代产品相比,ALCOR 920-1的平均功率从之前的1W提高到了1.5W;ALCOR 920-2的平均功率从之前的2W提高到了2.5W。ALCOR 920-4仍提供高达4W的平均功率,是目前市面上920nm飞秒光纤激光器中输出光功率很高的产品。

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图1 ALCOR系列产品主要参数列表

 

飞秒激光器作为双光子显微成像系统的核心部件之一,对系统成像效果是至关重要的。那么,如果想要得到好的成像效果,应该怎么办呢?我们有方法:


1. 选择高峰值功率的激光器

由于双光子效应是与光子密度正相关的非线性效应,越高的峰值功率就意味着越多的荧光分子能够同时吸收两个光子到达激发态,并在跃迁至基态的过程中发出荧光,也就是说最终被探测器采集到的荧光信号也就越强,最终生成的图像亮度和对比度也就越高。峰值功率的计算方式可以由下面的公式计算得出:

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例如,标准款ALCOR 920-2的平均功率为2.5W,重复频率为80MHz,脉冲宽度为100fs,那么ALCOR 920-2的峰值功率就高达312.5kW。

 

假如有一款飞秒激光器脉冲宽度只能做到150fs,平均功率和重复频率却能和ALCOR 920-2一样,那么会有什么影响呢?我们通过计算可以得到,这款激光器的峰值功率仅有208kW,仅有ALCOR 920-2的66.6%,这也就意味着相应的荧光强度也会有很大幅度的降低。同样地,假如有另一款产品,脉冲宽度也能达到100fs,但是平均功率却比较低,那么其峰值功率也是比较低的。

 

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图2 使用低脉冲质量的激光器和Spark Lasers的高质量脉冲激光器的最终图像对比

 

2. 使用色散预补偿得到化的脉冲宽度

然而,拥有一台激光器只是搭建双光子显微成像系统的第一步。由于成像系统内部有很多光学元器件,如反射镜、滤光片、光强调制器、空间光调制器、分光棱镜、物镜等等,而这些光学元器件中的大部分都会引入正色散,导致飞秒脉冲激光到达测量点处的过程中发生展宽,即脉冲宽度变宽。在上面的计算中我们可以看出,脉冲宽度变宽会导致激光峰值功率的下降,会在很大程度上降低荧光光强,以至于最终的图像亮度和对比度会变差。

 

ALCOR 920系列在激光头内部集成了色散预补偿模块,可以在激光发射时就带有负色散,这些负色散可以在激光脉冲传播过程中和光学器件引入的正色散相互抵消,从而使得在测量点处,脉冲宽度能保持比较窄。

 

标准款ALCOR带有0~-60000fs2的大色散补偿范围,同时提供0~-90000fs2的超大色散补偿范围选配,可以满足大部分双光子显微成像系统对色散补偿要求,甚至是最复杂的系统。根据我们的经验,一般复杂程度的双光子显微成像系统对色散补偿的要求在-30000fs2~-50000fs2。

 

3. 对功率进行调制和精确控制

ALCOR 920可提供XSight选配模块,即集成化内置AOM模块,以满足双光子显微成像系统对激光实现光强的开/关调制或模拟调制来实现复杂的功能的需要。内置模块可以在很大程度上节省光学平台的空间以及在光路中调试外置调制器的时间精力,同时,该模块能够提供:
超高精度光强调节(分辨率高达0.1%)

高带宽模拟调制(0~1MHz)

高速光开关(上升/下降沿<200ns)

 

 

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