【摘要】：1.2μm波段的超短脈沖激光,倍頻后的光根據(jù)波長不同,可被應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、光譜學(xué)探測、光學(xué)相干斷層掃描等。其中,隨著熒光蛋白逐步成為當(dāng)代生物醫(yī)學(xué)的重要研究手段,紅色熒光蛋白和深紅熒光蛋白需要1.2μm波段的超短脈沖才能產(chǎn)生雙光子激發(fā)效應(yīng),這使得1.2μm超短脈沖的研制具有重要的研究意義。本論文主要對1.2μm波段超短脈沖激光產(chǎn)生的基本理論及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究。論文的主要內(nèi)容如下:1.給出了1.2μm波段超短脈沖激光的研究背景及意義,調(diào)研了1.2μm波段激光脈沖在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展。2.分析了用非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模光纖激光器作為種子源,通過拉曼頻移產(chǎn)生1.2μm波段脈沖激光的原理。討論了當(dāng)前光纖鎖模激光器產(chǎn)生脈沖的三種主要方法,對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析;介紹了獲得1.2μm波段的脈沖產(chǎn)生方法及受激拉曼散射的原理,給出了獲得超連續(xù)譜的方法。3.研制了獲得超連續(xù)譜的種子源,獲得了1μm超短脈沖激光。基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模的摻鐿光纖激光器,獲得了耗散孤子脈沖和類噪聲鎖模脈沖兩種激光輸出。對耗散孤子鎖模脈沖激光進(jìn)行優(yōu)化,獲得了中心波長在1030nm-1041 nm可調(diào)的脈沖輸出,重復(fù)頻率為24.6 MHz,信噪比為70 d B,脈沖寬度約為13.91 ps。4.將獲得的種子光輸入摻鐿光纖放大器,獲得了1.2μm波段的超連續(xù)譜輸出,經(jīng)過濾波產(chǎn)生1.2μm的飛秒脈沖。系統(tǒng)研究了不同中心波長的種子脈沖以及放大器增益光纖長度對摻鐿光纖放大器輸出寬光譜特性的影響。將獲得的1.2μm波段超短脈沖光通過光柵對壓縮后,分別耦合進(jìn)500 m的單模光纖和100m的摻磷光纖,進(jìn)一步展寬了輸出光譜,經(jīng)過100 m摻磷光纖后輸出光譜為1030 nm-1400 nm超平坦寬光譜;經(jīng)過500 m單模光纖后輸出光譜為1030nm-1700 nm寬光譜。采用刀片法將經(jīng)過500 m單模光纖后獲得的寬光譜濾波,濾出3 d B帶寬約為20 nm的1.2μm窄脈沖,脈沖寬度為297fs,重頻為24.6 MHz,輸出功率約為500 m W。5.針對實(shí)驗(yàn)中遇到的放大器光纖熔斷及耦合效率問題進(jìn)行了分析,著重探討了光纖中的熱沉積效應(yīng)對光纖損傷的影響,解決了熔點(diǎn)問題;對空間光—光纖耦合效率低的問題進(jìn)行了討論,并提出了相應(yīng)的解決方案,提高了耦合效率。
【圖文】：

第 1 章 緒論激光器有連續(xù)激光器和脈沖激光器兩種，把單個脈沖寬度小于 1 ns 或更短的脈沖激光器界定為超短脈沖激光器。由于超短脈沖激光器具有較高的峰值功率、短的脈沖寬度、寬的光譜范圍等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)療、材料加工、光學(xué)測距、激光切割等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。1.1 課題研究背景和意義超短脈沖具有持續(xù)時間短、峰值功率高、帶寬較大等優(yōu)點(diǎn)，使飛秒化學(xué)、高能物理、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展。1.2 μm 波段的超短脈沖激光，根據(jù)其波長不同，應(yīng)用領(lǐng)域不同，例如波長為 1100 nm 光倍頻可用于一氧化碳毒性檢測；如圖 1-1（a）1178 nm 高功率窄線寬激光脈沖倍頻后激發(fā)鈉原子應(yīng)用于鈉導(dǎo)星；波長為 1120 nm 的脈沖激光倍頻應(yīng)用于熒光光譜檢測、原子光譜學(xué)、共焦顯微鏡；1300 nm 脈沖激光應(yīng)用于光學(xué)相干斷層掃描；如圖 1-1（b）熒光蛋白活體光學(xué)成像等相關(guān)領(lǐng)域。

北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文所以激發(fā)波長在近紅外波段的熒光蛋白具有更好的醫(yī)學(xué)價值。飛秒激光雙光子熒光顯微成像中，最為常用的熒光蛋白為：黃色熒，激發(fā)峰在 514 nm 附近）、光譜紅移的紅色熒光蛋白（RFP，激發(fā)峰近）以及深紅色熒光蛋白（fRFP，激發(fā)峰在 650 nm 附近）。熒光蛋單光子激發(fā)，也可用雙光子或多光子激發(fā)。目前主流使用的是單光光子激發(fā)由于其自身的一些優(yōu)良的特性，近年來逐漸成為研究熱點(diǎn)子激發(fā)，如圖 1-2 所示，雙光子激發(fā)主要在脈沖激光器所產(chǎn)生的超處[3]，熒光分子在焦平面外不被激發(fā)，較多的激發(fā)光聚集在焦平面更深的標(biāo)本。而由于所用光波長較長，受散射影響較小，容易穿紅外光比短波長光對細(xì)胞的傷害更小。此外，用雙光子熒光顯微鏡激發(fā)能量低，，不發(fā)生對應(yīng)的單光子過程[4]，使雙光子過程有較好的對樣品傷害較小。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN248

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 楊杰;張智紅;駱清銘;;熒光蛋白研究進(jìn)展[J];生物物理學(xué)報(bào);2010年11期

2 汪玉海;馬春生;李德祿;鄭杰;;摻鐿光纖放大器增益特性的理論分析[J];光子學(xué)報(bào);2008年05期

3 孫迭篪,胡誼梅,梁建中,尹紅兵,伍叔堅(jiān),劉有信;用光纖回路鏡組成運(yùn)轉(zhuǎn)在1240nm的新型串級光纖拉曼激光器[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2001年11期

本文編號：2600902