eng
Выпуск #3/2016
Д.Ульянов, И.Куратев, Р.Бирюков, В.Коновалов, Е.Федына
Сын Титана: высокоэнергетичный лазер TiSon GSB на корунде c титаном с перестройкой длины волны в широком диапазоне
Сын Титана: высокоэнергетичный лазер TiSon GSB на корунде c титаном с перестройкой длины волны в широком диапазоне
Просмотры: 3597
Представлен лазер на корунде c титаном с модуляцией усиления, с перестройкой длины волны в широком диапазоне, специально для задач фотоакустики. Длина волны может перестраиваться в диапазоне 710–890 нм в любом порядке со временем переключения короче 50 мс.
Теги: optoacoustics ti:sapphire laser ti: sapphire лазер tunable laser перестраиваемый лазер фотоакустика
Фотоакустика (ФА), или оптоакустикустика, становится наиболее быстро прогрессирующим методом 21-го века получения изображений в медицине, по причине возможности получения изображений с высоким пространственным разрешением объектов, находящихся в тканях на глубине, не досягаемой для чисто оптических методов [1]. Для получения ФА-изображения поверхность исследуемого образца облучается импульсным лазером, далее детектируются возникающие акустические волны, излученные областями поглощения, находящимися внутри образца. В связи с достаточно большой глубиной проникновения света внутрь биологических тканей (доходящей до нескольких сантиметров, несмотря на сильное рассеивание) на длинах волн 700–900 нм, лазеры, работающие в этом диапазоне, являются наиболее часто используемыми для биомедицинских применений. За последние 20 лет было предложено множество разных технологий ФА. Среди них мультиволновая (мультиспектральная) фотоакустическая томография и фотоакустическая микроскопия в последнее время вызывают наибольший интерес [2]. Эти методы основаны на одновременном или последовательном детектировании акустического сигнала от нескольких длин волн. В связи с тем, что спектральные зависимости поглощения разных биообъектов сильно различаются, подбором длины волны можно значительно улучшить контраст измеряемого объекта, а возбуждая объект на нескольких длинах волн, получить изображение разных объектов в одном снимке. Для проведения таких измерений требуется перестраиваемый лазер. При проведении исследований живых объектов, для того чтобы не возникло помех, связанных с дыханием или пульсом, скорость перестройки такого лазера должна быть достаточно быстрой. Необходимая энергия лазерного импульса обычно находится в диапазоне 0,1–100 мДж и зависит как от изучаемого объекта, так и от используемого ФА-метода. Также требуется, чтобы длительность лазерного импульса была достаточно короткой (например, для ФА-микроскопии обычно необходимы импульсы короче 10 нс). Длительность лазерного импульса непосредственно определяет пространственное разрешение и диапазон частот акустических волн. Для повышения отношения сигнал-шум, частота повторения должна находиться в килогерцевом диапазоне.
Мы разработали перестраиваемый лазер TiSon GSB на корунде с титаном с модуляцией усиления, который удовлетворяет вышеперечисленным требованиям (рис. 1). Упрощенная оптическая схема лазера приведена на рис.2. В качестве накачки была использована вторая гармоника излучения лазера на кристалле Nd: YLF с диодной накачкой с активной модуляцией добротности. Импульсы накачки, энергия которых составляла 1,0 мДж на длине волны 527 нм, фокусировались в помещенный в резонатор кристалл корунда с титаном, вырезанный под углом Брюстера. Типичная перестроечная кривая лазера приведена на рис.3. Максимальная энергия на выходе достигала 215 мкДж на длине волны 800 нм, при длительности импульса 5 нс, на частоте повторения 1 кГц. При перестройке длины волны вблизи концов рабочего диапазона длительность импульса несколько уширялась, оставаясь, тем не менее, короче 10 нс во всем диапазоне перестройки (рис.4). Ширина линии равнялась примерно 0,5 нм для всех длин волн. Профиль выходного пучка – TEM00 мода с параметром M2 < 1,2 на всех длинах волн. На рис.5 показаны профили пучка, измеренные с помощью профилометра BeamStar компании Ophir-Spiricon на длинах волн 720, 750, 800, 850 и 880 нм. Перестройка длины волны осуществлялась специализированным электронным селектором длины волны, помещенным внутрь резонатора. Данный селектор длины волны контролировался с помощью ПК и позволял переключаться между любыми длинами волн рабочего диапазона за время короче 50 мс. TiSon GSB выпускается в двух модификациях: (а) с выводом излучения через выходное окно и (б) с волоконным выводом (в 400 мкм пачкорд). В данный момент мы работаем над новой моделью лазера с большей энергией в импульсе и с еще более быстрым переключением между длинами волн.
TiSon GSB имеет ультракомпактный размер, включает в себя лазер накачки и лазер на корунде с титаном, которые объединены в едином корпусе. Размеры излучателя и блока питания составляют 237×56×165 and 230×80×193 мм3, соответственно. И для блока питания, и для излучателя используется воздушное охлаждение. Лазер имеет прочную конструкцию, высокую стабильность и надежность и может использоваться как для промышленных, так и научных применений.
Литература
1. M. Xu, L. V. Wang. Photoacoustic imaging in biomedicine. – Rev. Sci. Instrum., 2006, v. 77, p. 041101–1–22.
2. Taruttis A., Ntziachristos V. Advances in real-time multispectral optoacoustic imaging and its applications. – Nat. Photonics, 2015, v. 9, p. 219–227.
Мы разработали перестраиваемый лазер TiSon GSB на корунде с титаном с модуляцией усиления, который удовлетворяет вышеперечисленным требованиям (рис. 1). Упрощенная оптическая схема лазера приведена на рис.2. В качестве накачки была использована вторая гармоника излучения лазера на кристалле Nd: YLF с диодной накачкой с активной модуляцией добротности. Импульсы накачки, энергия которых составляла 1,0 мДж на длине волны 527 нм, фокусировались в помещенный в резонатор кристалл корунда с титаном, вырезанный под углом Брюстера. Типичная перестроечная кривая лазера приведена на рис.3. Максимальная энергия на выходе достигала 215 мкДж на длине волны 800 нм, при длительности импульса 5 нс, на частоте повторения 1 кГц. При перестройке длины волны вблизи концов рабочего диапазона длительность импульса несколько уширялась, оставаясь, тем не менее, короче 10 нс во всем диапазоне перестройки (рис.4). Ширина линии равнялась примерно 0,5 нм для всех длин волн. Профиль выходного пучка – TEM00 мода с параметром M2 < 1,2 на всех длинах волн. На рис.5 показаны профили пучка, измеренные с помощью профилометра BeamStar компании Ophir-Spiricon на длинах волн 720, 750, 800, 850 и 880 нм. Перестройка длины волны осуществлялась специализированным электронным селектором длины волны, помещенным внутрь резонатора. Данный селектор длины волны контролировался с помощью ПК и позволял переключаться между любыми длинами волн рабочего диапазона за время короче 50 мс. TiSon GSB выпускается в двух модификациях: (а) с выводом излучения через выходное окно и (б) с волоконным выводом (в 400 мкм пачкорд). В данный момент мы работаем над новой моделью лазера с большей энергией в импульсе и с еще более быстрым переключением между длинами волн.
TiSon GSB имеет ультракомпактный размер, включает в себя лазер накачки и лазер на корунде с титаном, которые объединены в едином корпусе. Размеры излучателя и блока питания составляют 237×56×165 and 230×80×193 мм3, соответственно. И для блока питания, и для излучателя используется воздушное охлаждение. Лазер имеет прочную конструкцию, высокую стабильность и надежность и может использоваться как для промышленных, так и научных применений.
Литература
1. M. Xu, L. V. Wang. Photoacoustic imaging in biomedicine. – Rev. Sci. Instrum., 2006, v. 77, p. 041101–1–22.
2. Taruttis A., Ntziachristos V. Advances in real-time multispectral optoacoustic imaging and its applications. – Nat. Photonics, 2015, v. 9, p. 219–227.
Отзывы читателей
