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CH 宽光谱光纤飞秒激光器,波长范围950-115nm,脉冲宽度15fs, 峰值功率>200kW图2:蓝色线:SCH 飞秒激光器光谱曲线;橙色线:1um波段百秒激光器光谱曲线;灰色线:红色荧光蛋白DsRed吸收截面光谱但是,巨幅提高每个时间和面积上可用光子数量对图像的真正影响是什么呢?一、更高的激发效率,更高的图像亮度理论上,在双光子显微镜中,图像的亮度与激发效率直接相关,而激发效率完全依赖于光子通量和荧光团的二阶非线性激发截面(GM) 。作为一个例子,我们可以尝试计算荧光蛋白mRFP在15fs激光脉宽(如SCH飞秒激光器)和1050nm中波长照射下的激发效率。与100fs的激光器相比, ...
1.介绍飞秒光学频率梳技术是当今激光技术领域的热门话题,在过去十余年间推动了精密光谱学、光学测量技术、量子精密操控、光钟等重大科研技术领域的发展。基于锁模原理的飞秒光梳重复频率通常在100~250 MHz,但这对于例如频率测量、微波产生和超快光谱来说是不够的。这里我们基于Menhir Photonics公司Menhir -1550 重复频率为1GHz交钥匙型锁模飞秒激光器,演示了对其载波包络偏置零频(f0)的检测和稳定,以及利用连续激光器对梳齿的光学稳定,展示了这种激光器在频率测量和光谱学方面的应用前景。2.实验设置与结果激光器平均功率大于50mW,提供以1560nm为中心的类孤子光谱,> ...
如何搭建简易1GHz低噪声光频梳系统介绍利用Octave Photonics光频梳偏频锁定模块(COSMO)来检测Menhir Photonics1550 nm1GHz飞秒激光器的载波包膜偏移频率(fceo),可以在激光脉冲能量小于140 pJ(平均功率<140 mW)的情况下实现对fceo的精确控制,信噪比>35dB,以更低的尺寸、重量和功率要求实现了zui先jin的性能,该系统可以作为一种简单的1GHz的超低噪声光学频率梳解决方案。正文光频梳就是利用锁模激光产生超短光脉冲,特色是相邻脉冲波时间间隔一模一样。光频梳就像是一把拥有精密刻度的尺或定时器,只不过一般的仪器以毫米、毫秒为 ...
1GHz低噪声光频梳的简易偏频锁定系统介绍利用Octave Photonics光频梳偏频锁定模块(COSMO)来检测Menhir Photonics1550 nm1GHz飞秒激光器的载波包膜偏移频率(fceo),可以在激光脉冲能量小于140 pJ(平均功率<140 mW)的情况下实现对fceo的精确控制,信噪比>35dB,以更低的尺寸、重量和功率要求实现了zui先jin的性能,该系统可以作为一种简单的1GHz的超低噪声光学频率梳解决方案。正文光学频率梳因其具有高精度、高灵敏度、高分辨率的特性,为光学原子钟、精密光谱测量、阿秒科学等领域提供了一种可靠的光波-微波转换工具。飞秒光梳本质 ...
用于太赫兹到光频率快速频谱分析的1GHz单腔双光梳激光器(本文译自(Gigahertz Single-cavity Dual-comb Laser for Rapid Time-domain Spectroscopy:from Few Terahertz to Optical Frequencies )Benjamin Willenberg1,*,x, Christopher R. Phillips1,*, Justinas Pupeikis1 , Sandro L. Camenzind1 , LarsLiebermeister2 , Robert B. Kohlhass2 , Björn G ...
搭建简易1GHz低噪声光频梳系统光学频率梳因其具有高精度、高灵敏度、高分辨率的特性,为光学原子钟、精密光谱测量、阿秒科学等领域提供了一种可靠的光波-微波转换工具。飞秒光梳本质上是一组特殊的飞秒脉冲光,它在时域上是一系列时间宽度在飞秒级别的超短脉冲,在频域上是一系列间隔相等、位置固定、具有极宽光谱范围的单色谱线。飞秒光梳实现了其频率覆盖范围内所有波长的直接锁定并溯源至微波频率基准,建立起了光波频率和微波频率的直接联系。基于飞秒锁模激光器,目前一般可以通过锁定其重复频率(frep)和载波包络偏移频率(fceo)来使得光梳梳齿稳定。虽然工作频率接近100MHz重复频率的光频梳正在成为一种成熟的技术, ...
使用Moku:Lab的锁相放大器模拟受激拉曼散射显微镜拉曼效应是由C.V.拉曼在20世纪20年代首次发现。它是一种广泛使用的光谱方法来确定分子的振动模式。与其他分析化学方法相比,光谱方法提供了高空间分辨率。不需要直接接触就可以获得化学信息。振动光谱提供了合理的化学特异性,而不需要额外的标签。然而,自发拉曼效应是一个弱散射过程。对于成像和显微镜的应用来说,获得一个视场可能需要几个小时的信号整合时间。因此,相干拉曼散射方法,如刺激拉曼散射效应,现在被广泛用于拉曼成像。在这个应用说明中,我们将描述Moku:Lab的锁相放大器是如何在波士顿大学的先进的刺激拉曼成像装置中实现的。介绍拉曼光谱是一种非破坏 ...
飞秒激光的简介前言:飞秒激光的特点:脉冲宽度短,脉冲峰值功率高,覆盖频谱范围广。一、飞秒激光的简介飞秒激光脉冲的持续时间10-15s,即飞秒(Femtosecond——fs),它相当于电子缠绕原子核半周的时间,以光速计算,在1fs的时间内,光传播了0.3um,可见飞秒这一单位的时间之微。这样极端微小的时间在我们所看到的宏观世界里是无法找到它的踪迹的。但是,在由基本粒子所组成的微观世界里,其运动状态的改变常常发生在飞秒这样极短的时刻,如分子的能量转移、化学键的破裂和形成、原子的横向弛豫和纵向弛豫,半导体中载流子的激发和复合等。正是由于这个缘故,在飞秒激光诞生后的相当长的一段时间内,飞秒激光主要是 ...
光源对相干拉曼显微镜系统性能的影响历史上,第一个相干拉曼显微镜使用了光谱可见区域的脉冲染料激光器。最近的系统已经使用了固体激光器系统,或基于电子同步钛蓝宝石激光器或同步泵浦光学参数振荡器(opo)的锁模激光器。新一代基于光纤的系统,无论是基于光子晶体光纤或有源光纤激光器中的非线性频率转换,都承诺提高易用性和更低的成本,但目前使用这些系统需要在性能上进行权衡。相干拉曼显微镜的激发需要(至少)两个激光波长,其中一个波长必须是可调的,以匹配分子振动频率的差频。此外已经证明,用几皮秒的激光脉冲宽度激发CARS和SRS可以理想地平衡高效生成非线性信号所需的高峰值功率与相对狭窄的光谱带宽(<1 nm ...
a|TopShape 探索TopShape,一种创新的光束整形器,可以轻松地将准直的高斯光束转变为准直的Top-Hat光束。这种激光设备以其非常紧凑的设计和无与伦比的光学性能(均匀性>90%)而令人信服。a|TopShape的光谱范围大,可接受不同的输入光束直径,并能产生至少300毫米的稳定光束轮廓。现在还可提供a|TopShape长距离(LD)型,工作距离可达1.5米。a|TopShape现在也有长距离版本。由于有效工作距离会随着光束尺寸的减小而减小,因此a|TopShape LD特别适用于需要较小光束直径的应用。如果较低的光束轮廓均匀性足以满足应用要求,新的 ...
拉曼测试中二次谐波的测量方式二次谐波测量方式一般有以下3种,第一种是基于二向色镜,第二种是基于反射式,第三种是基于低通滤光片。图1利用二向色镜的方式是最常见的测量二次谐波的光路,原理如上图1所示。它是将飞秒激光器的激光源引入光路中,通过二向色镜将激发光向下反射到显微镜中,显微镜物镜不仅将基频光聚焦到样品上,同时也收集样品表面激发出来的二次谐波光,然后基频光被二向色镜阻挡,二次谐波光则透过二向色镜入射到光谱仪中。由于二次谐波测试总是伴随着激发光偏振态的改变,而该偏振态的改变取决于起偏偏振方向与半波片快轴的夹角,所以光路中还放置了起偏器和检偏器以及偏振态改变装置--半波片,起偏器和半波片放置在二向 ...
微创偏振分辨SHG成像多模光纤内窥镜技术背景:癌症和纤维化疾病会以组织结构发生变化的形式表现出来,目前对这些疾病的医学诊断主要基于活检和随后的非现场组织病理学手段。而使用微创技术,可以即时且原位地做出类似诊断,这极大的减小了做出诊断的时间并且避免了重复手术的可能。基于此,被称为光学切片的先进光学成像技术被开发出来用于微创成像。这种技术依靠各种各种的无标记光学成像模态(通常是将这些模态结合起来一起使用),如相干反斯托克斯拉曼光谱(anti-Stokes Raman spectroscopy, CARS)、双光子荧光、二次谐波生成(second-harmonic generation, SHG)成 ...
多光子显微镜设计实用指南(8)3.2e 振荡器的输出特性图11 所示为两种输出耦合率分别为T=4%和 T=10% 时,以KGW 振荡器为例的输出功率曲线。最终激光器的配置选用10%的输出耦合率,因为其有略好的斜率和锁模稳定性。 如图12所示的激光光谱的脉冲的中心位于1039nm,带宽约为4.9 nm。在这一带宽下,理论上的transform-limited(傅里叶限制,即对于给定的脉冲光谱,脉宽的下限)脉宽,假设是一个sech2时域形状,为235fs。实际的脉宽,通过二阶强度自相关测量,得到为238fs。总而言之,我们的示例KGW振荡器产生了一个56 MHz的脉冲序列,最 ...
一种新的三维纳米打印方法技术背景:在双光子吸收过程中,光场会在基态和量子系统(例如分子)的相关激发态之间产生一个状态。这种诱导状态,通常被称为虚拟态(在量子光学中也称为修饰状态)。这种状态确实存在,但前提是光场开启。使用激光脉冲时,虚拟状态寿命由脉冲持续时间决定。直观上,第一个光子诱导电子从基态跃迁到虚拟态,第二个光子诱导跃迁到激发态。双光子吸收过程在多光子光学显微镜和多光子光学光刻中至关重要,这两种应用都已商业化多年。多光子光学光刻已成为制造从纳米级到微米级的三维(3D)结构的成熟方法。在3D光学光刻(也称为直接激光写入或 3D 激光纳米打印)中,双光子吸收导致光引发剂跃迁率的缩放,因此曝光 ...
飞秒激光在生物学方面的应用1.飞秒激光特点1960 年 7 月,美国人 Mahaan 博士研究出世界上第一台激光器(红宝石激光器)。激光作为一种新型的光源具有以往光源所不具有的一系列优点,如高强度、高方向性、高单色性、高相干性。此后,激光技 术得到了飞速发展,其中一个重要方向就是向输出脉宽越来越窄的脉冲方向发展。到目前为止,脉冲持续时间已由纳秒(ns)、皮秒(ps)压缩至飞秒(fs),甚至至阿秒(as)级。故飞秒激光的脉冲持续时间远短于热平衡时间(10−12 s 数量级),所以在与物质作用时,飞秒激光注入的能量被集中在一个空间极小的范围内, 其能量几乎不会被传递到直接作用区以外,对作用区周围的 ...
绝对距离测量方法研究大量程、高精度的绝对距离测量方法主要分为两类:一类是相干测量,另一类是非相干测量。相干测量主要包括多波长干涉测量、线性调频干涉测量以及基于光学频率梳的测量方法。非相干测量则主要包括飞行时间法和相位测距法,飞行时间法通过测量激光信号在测量端与目标端的飞行时间来计算被测的距离,测量距离大,可以达到几十千米;相位测量法通过对激光光强进行正弦调制,然后通过测量目标端与测量端的相位差来计算被测距离,本质上是将飞行时间转化为相位差进行测量,这种方法在大距离测量的时候由于环境因素的影响会导致回光能力的迅速衰减从而引起较大的测量误差,一般最高只能达到0.1mm 的测量精度;相干测量方法利用 ...
介绍拉曼光谱法是一种非破坏性分析化学方法。它直接探测样品的振动模式。与电子光谱法相比,拉曼光谱法无需荧光标记即可提供高化学特异性。可以完全无接触和无标签的方式测试样品,从而防止对系统的干扰。红外光谱是获得振动光谱的另一种常用方法。红外光谱和拉曼光谱的选择规则是不同的。红外光谱对偶极子的变化很敏感,而拉曼光谱对极化率的变化敏感。这使得IR和拉曼成为用于特定化学键组的良好工具。对于成像和显微镜应用,在红外或拉曼光谱之间进行选择时,还要考虑两个其他重要因素:1)空间分辨率需求。红外光谱法使用红外光作为光源。拉曼可以使用可见光或近红外(NIR)激光器进行激发。由于可见光或NIR激光的波长要很短,因此拉 ...
摘要:色散是光纤¬作为传输介质的另一重要特性,色散及相应的脉冲展宽限制了光纤的传输容量。因此,抑制、补偿光纤的色散,提高系统性能,是实现大宽带、高速率、长距离信号传输的关键问题。近代光纤通信的飞速发展,始终伴随着色散问题的不断探索与解决。正是因为在光纤损耗与色散方面取得了重大突破,才实现了光纤的低损耗、大带宽、高速率、长距离传输。一、光纤色散的概念与影响光纤色散是指光纤对在其中传输的光脉冲的展宽特性,它是由于光纤中传输信号的不同频率(波长)成分与不同模式成分的群速度不同而引起传输信号发生畸变的一种物理现象。色散将使光纤中传输的无论是脉冲信号还是模拟信号均要发生波形畸变。信号波形畸变将导致传输的 ...
脉冲选择器也称Q开关,属于电光调制器一类;常用于光脉冲能量放大、cavity-dumped laser、再生放大、材料加热、五维信息存储、时域热反射测量、调频、光通信等领域;脉冲选择器如以下几部分组成:脉冲激光器、分光棱镜、格兰棱镜、电光调制器(普克尔盒)、调制器驱动等;如上图所示,脉冲激光经过棱镜分为两束,经过格兰棱镜后,以一定的偏振态入射EOM后,由于电致晶体产生电光效应,使出射光发生偏转,以合适偏振态透过棱镜;另外一束光在探测器上产生电信号,电信经过调制器驱动处理、放大后,给EOM提供驱动提供参考信号,驱动根据参考信号输出高压脉冲信号,在调制器上产生电光效应;给晶体施加电压,电场导致晶体 ...
激光技术是二十世纪自然科学的一大重要发明,随着1960年由美国科学家梅曼发明的第一台三能级红宝石激光器,人类第一次获得了具有非常良好的相干性的光源,随着近四五十年激光技术的发展,激光器的种类,激光器的能量有了爆发性的增长,激光被越来越多的应用在通讯,工业,国防,医疗,农业等各个方面。激光加工作为传统材料加工方式的一种补充方式,在材料加工领域逐步发展成熟起来,那么我们先来了解一下激光加工的原理以及激光加工与传统加工方式有哪些不同。激光与物质的相互作用是激光加工的物理基础。因为激光必须被材料吸收并转化,才能用不同波长不同功率密度或者不同能量密度的激光进行不同的加工。激光与物质的相互作用涉及到激光物 ...
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