Разработка волоконного источника для cars Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

РАЗРАБОТКА ВОЛОКОННОГО ИСТОЧНИКА ДЛЯ CARS

1* 1 12 Антропов А. А. , Евменова Е. А. , Харенко Д. С. ' ,

Кузнецов А. Г.1, Каблуков С. И.1, Бабин С. А.1'2

1 Институт Автоматики и Электрометрии СО РАН, г. Новосибирск 2Новосибирский национальный исследовательский государственный институт, г. Новосибирск

* E-mail: Antropov.ilp@gmail.com

DOI 10.24411/2308-6920-2019-16123

Когерентная антистоксова Рамановская спектроскопия (CARS) на данный момент являются одним из передовых и перспективных методов для идентификации молекулярных соединений и процессов в них. Она также очень полезна для проведения неинвазивных диагностических исследований. CARS активно развивается и открывает новые перспективы в изучении внутриклеточного и межклеточного взаимодействия липидов, ядер или цитоплазмы [1,2].

Для реализации задачи необходим широкий спектр регистрации комбинационного рассеяния, что позволит идентифицировать сложные молекулярные соединения. Известно, что существующие и используемые в настоящее время лазеры для реализации CARS-спектроскопии, дороги и сложны в обслуживании. Обычно это твердотельные лазеры на основе объемных оптических элементов, такие как титан-сапфировый лазер и оптические параметрические генераторы с нелинейными кристаллами. Использование оптических параметрических генераторов обусловлено тем, что они могут обеспечить преобразование длины волны на необходимую величину. Волоконно-оптические параметрические генераторы (FOPO) [3] в отличие от нелинейных кристаллов обеспечивают возможность получения широкого диапазона перестройки (от 500 до 3000 см-1) [4, 5] и позволяют создать системы с меньшей стоимостью и отсутствием необходимости юстировок для долговременной работы или для создания мобильной установки.

В данной работе мы представляем установку для CARS спектроскопии с полностью волоконным источником, который накачивает волоконно-оптический параметрический генератор на длине волны около 1030 нм (Рис.1).

Рис. 1. Схема установки: PBS - поляризационный делитель пучка, Coupler -разветвитель, LYOT - фильтр Лио, BPF - широкополосный фильтр, WDM - мультиплексор, PD - фотодиод, FBG - волоконная Брегговская решетка, АОМ - акустооптический модулятор, PC - контроллер поляризации

В качестве задающего генератора использован волоконный источник на основе волокна, легированного Yb3+ и работающего в режиме диссипативных солитонов при центральной длине волны 1030 нм с частотой повторения ~ 12,8 МГц (Рис.2а), соотношение сигнал шум радиочастотного спектра на уровне 75 дБ, длительность импульса ~6 пс, а после отражения от узкополосной ВБР ~85 пс. Импульсы усиливаются в 3-х каскадах волоконного усилителя также на основе Yb волокна до пиковой мощности ~1.8 кВт (Рис. 2б). Достижение такой пиковой мощности возможно благодаря использованию АОМ после 1го каскада усилителя, в режиме прореживания до частоты ~ 1МГц.

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

245

а)

б)

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Frequency (/-/'), MHz

Рис. 2. Радиочастотный спектр основной гармоники (а) и осциллограма импульсов в зависимости от

степени открытости АОМ (б)

Используя данный источник в качестве накачки, мы наблюдали однопроходную параметрическую генерацию вблизи 800 нм в фотонно-кристаллическом волокне LMA5-PM длиной 1 м. (рис.3а). На Рис. 3б показана пиковая мощность излучения на выходе 3го каскада.

а)

600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 Wavelength, nm

Рис. 3. Спектр параметрической генерации (а) и зависимость пиковой мощности от частоты (б)

Для достижения таких пиковых мощностей были оптимизированы выходные параметры каждого каскада усиления (средняя мощность и выходной спектр сигнала, степень насыщения сигнала) были исследованы в зависимости от тока диодов накачки и от степени открытия АОМ (полностью открыт или в режиме прорежения, вплоть до пропускания каждого 13 импульса). На основе полученных результатов был оптимизирован режим работы каждого каскада усилителя при различной степени открытия АОМ.

Работа выполнена при поддержке проекта No 38 (0319-2017-0011) комплексной программы фундаментальных научных исследований СО РАН «Междисциплинарные интеграционные исследования».

Литература

1. Gottschall T. et al. Optics express Т. 22. - №. 18, p. 21921-21928, (2014)

2. Krafft C. et al. Chemical Society Reviews Т. 45. - №. 7, p. 1819-1849, (2016)

3. Lefrancois S. et al. Optics letters. Т. 37. - №. 10, p. 1652-1654, (2012)

4. Baumgartl M. et al. Optics express. Т. 20. - №. 4, p. 4484-4493, (2012)

5. Zobina E. A., et al. Opt. Express 23, p. 16589-16594, (2015)

246

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru