Fabricación personalizada de bajo costo y operación bloqueada por modo de un láser de fibra Femtosecond de dispersión normal para microscopía multifotón

Se presenta un método para construir un láser de fibra de femtosegundo de bajo costo y bloqueado en modo para aplicaciones potenciales en microscopía multifotona, endoscopia y fotomedicina. Este láser se construye utilizando piezas disponibles comercialmente y técnicas básicas de empalme.

Se presenta un protocolo para construir un láser de fibra femtosegundo (fs) personalizado de bajo costo pero de alto rendimiento. Este láser de fibra dopada con ytterbium de dispersión normal (ANDi) se construye completamente utilizando piezas disponibles en el centro comercial, incluyendo $8,000 en componentes láser de fibra óptica y bomba, además de $4,800 en componentes ópticos estándar y accesorios de cavidad extra. Los investigadores nuevos en la fabricación de dispositivos de fibra óptica también pueden considerar invertir en equipos básicos de empalme de fibra y caracterización por pulsos por láser (63.000 dólares). Importante para un funcionamiento óptimo del láser, se presentan métodos para verificar el rendimiento bloqueado del modo verdadero frente a aparente (parcial o similar al ruido). Este sistema alcanza una duración de pulso de 70 fs con una longitud de onda central de aproximadamente 1.070 nm y una velocidad de repetición de pulsos de 31 MHz. Este láser de fibra exhibe el máximo rendimiento que se puede obtener para un sistema láser de fibra fácilmente ensamblado, lo que hace que este diseño sea ideal para laboratorios de investigación con el objetivo de desarrollar tecnologías láser fs compactas y portátiles que permitan nuevas implementaciones de microscopía clínica multifotona y cirugía fs.

Los láseres pulsados de femtosegundode segundo (fs) de estado sólido se utilizan ampliamente para la microscopía y la investigación biológica. Un ejemplo típico es el uso de la microscopía de fluorescencia de excitación multifozona (MPE), donde se desea una alta potencia máxima y una baja potencia media para facilitar el proceso de MPE y minimizar los mecanismos de fotodaño. Muchos láseres de estado sólido de alto rendimiento están disponibles comercialmente, y cuando se combina con un oscilador paramétrico óptico (OPO), la longitud de onda láser se puede ajustar en un amplio rango^1. Por ejemplo, los sistemas de oscilador comercial-OPO generan duraciones de pulso <120 fs (normalmente con una velocidad de repetición de pulsos de 80 MHz) y una potencia media de >1 W de 680 a 1.300 nm. Sin embargo, el costo de estos sistemas láser fs ajustables comerciales es significativo (>$200.000), y los sistemas de estado sólido generalmente requieren refrigeración por agua y no son portátiles para aplicaciones clínicas.

La tecnología láser de fibra pulsada ultracorta ha madurado en los últimos años. El costo de un láser de fibra pulsada fs comercial es típicamente significativamente menor que los láseres de estado sólido, aunque sin la capacidad de ajuste de longitud de onda amplia que ofrecen los sistemas de estado sólido mencionados anteriormente. Tenga en cuenta que los láseres de fibra se pueden emparejar con OpO cuando se desee (es decir, sistemas híbridos de estado sólido de fibra). La gran relación superficie-volumen de los sistemas láser de fibra permite una refrigeración eficiente del aire^2. Por lo tanto, los láseres de fibra son más portátiles que los sistemas de estado sólido debido a su tamaño relativamente pequeño y sistema de refrigeración simplificado. Además, el empalme por fusión de los componentes de fibra reduce la complejidad del sistema y la deriva mecánica en contraste con la alineación del espacio libre de los componentes ópticos que componen los dispositivos de estado sólido. Todas estas características hacen que los láseres de fibra sean ideales para aplicaciones clínicas. De hecho, los láseres de fibra toallo se han desarrollado para la operación de bajo mantenimiento^3,4,5, y todo-polarización-mantenimiento (PM) láseres de fibra son estables a factores ambientales incluyendo cambios en la temperatura y la humedad, así como vibraciones mecánicas^2,6,7,8.

Aquí, se presenta un método para construir un láser de fibra ANDi pulsada fs rentable con piezas disponibles comercialmente y técnicas de empalme de fibra estándar. También se presentan métodos para caracterizar la velocidad de repetición de pulsos, la duración y la coherencia (bloqueo de modo completo). El láser de fibra resultante genera pulsos con bloqueo de modo que se pueden comprimir a 70 fs con una velocidad de repetición de 31 MHz y una longitud de onda centrada en 1.060 a 1.070 nm. La potencia máxima de salida de la cavidad láser es de aproximadamente 1 W. La física de pulsos de los láseres de fibra ANDi utiliza elegantemente la evolución de la polarización no lineal intrínseca a la fibra óptica como componente clave del absorbedor saturable^2,3,9,10,11. Sin embargo, esto significa que el diseño ANDi no se implementa fácilmente utilizando fibra PM (aunque se ha informado de una implementación de fibra de todas las PM de bloqueo de modo ANDi, aunque con baja potencia y duración del pulso ps^12). Por lo tanto, la estabilidad ambiental requiere una ingeniería significativa. Los diseños láser de fibra de última generación, como el oscilador Mamyshev, tienen el potencial de ofrecer una estabilidad ambiental completa como dispositivos de fibra de PM capaces de un aumento del orden de magnitud en la energía de pulso sin máquina, así como ofrecer disminuciones significativas en la duración del pulso para permitir aplicaciones que se basan en amplios espectros de^{pulsos 13,14.} La fabricación personalizada de estos nuevos e innovadores diseños láser de fibra fs requiere conocimientos y experiencia de empalme de fibra.

1. Empalme fibras de modo único (SMF)

NOTA: La sección 1 consta de pasos generales para empalmar SMFs. Este es un paso no esencial, pero recomendado, para practicar empalmes de fibra usando fibra barata. Este paso garantiza el rendimiento adecuado del equipo de empalme antes de utilizar materiales de fibra óptica más valiosos.

1. Cierre la primera fibra.
   1. Tira aproximadamente 30 mm de la fibra con una herramienta de desmontaje de fibra. Para fibras frágiles (por ejemplo, fibras de doble revestido), se puede utilizar una cuchilla de afeitar para pelar cuidadosamente el tampón.
   2. Use tejido libre de pelusas con etanol o isopropanol para limpiar la fibra despojada. Un zumbido al limpiar la fibra indica que la fibra está lo suficientemente limpia.
   3. Coloque el soporte de fibra en la cortadora de fibra. Asegúrese de que la cuchilla, la abrazadera de fibra de la cortadora y el soporte de fibra estén limpios. Los hisopos de algodón con alcohol se pueden utilizar para limpiar estas partes de la cortadora.
   4. Cargue cuidadosamente la fibra en el soporte de fibra. Deje aproximadamente 25 mm de fibra limpia y despojada en el extremo libre para que la cortadora se sujete.
   5. Cierre suavemente la abrazadera de fibra de la cortadora. Para evitar la tensión adicional aplicada a la fibra, vuelva a abrir y cierre la abrazadera para que se libere la tensión.
   6. Pulse el botón "cortar" y la cortadora cortará automáticamente la fibra.
      NOTA: Para asegurarse de que la fibra permanece limpia, nada debe tocar la punta de la fibra después del corte.
   7. Transfiera el soporte de fibra al empalme de fusión. Utilice pinzas para mover la pieza cortada de la fibra a un recipiente de eliminación de objetos punzantes.
      ADVERTENCIA: Las pinzas duras y las puntas de las pinzas afiladas pueden romper la fibra. Una pinza adecuada para el manejo de la fibra óptica debe tener puntas redondeadas de plástico.
2. Cierre la segunda fibra.
   1. Repita el paso 1.1 en la segunda fibra con el otro soporte de fibra. Las dos fibras que se deben empalmar deben ser cenadas con los extremos de corte sostenidos opuestos entre sí por los soportes de fibra dentro de la empalmadora de fibra.
   2. Cierre la cubierta del empalme.
3. Fusión empalmar las fibras.
   1. Configure los parámetros en el empalme de fusión, incluido el diámetro del núcleo, el diámetro del campo de modo (MFD) y el diámetro del revestimiento. Establezca el método de alineación en Revestimiento.
   2. Pulse el botón de inicio y el empalme se alineará automáticamente.
      NOTA: Es posible obtener mensajes de error con respecto a una forma de cuchilla deficiente o un gran ángulo de centelleo. Esto es generalmente debido a una mala obstrucción o contaminación de la fibra después de la separación. Si esto ocurre, repita el procedimiento de corte de fibra.
   3. Pulse el botón de inicio en cada parada para confirmar la calidad del empalme. El empalme se realizará automáticamente.
   4. Compruebe la calidad del empalme a través de las comprobaciones de control de calidad realizadas por el empalme, así como mediante la vista de cámara de la región de empalme. Un buen empalme tiene un límite de revestimiento uniforme y un brillo uniforme a lo largo de la fibra de modo que ninguna coyuntura de empalme es visible.
      NOTA: Los empalmes de fibra a menudo incluyen óptica para inspeccionar el empalme y estimar la pérdida de potencia en función de la geometría medida, la forma y la refracción de la luz a través de la fibra utilizando una fuente perpendicular a la fibra para ver, crear una imagen y analizar la unión del empalme. Por supuesto, esto es sólo una estimación, pero es suficiente en la mayoría de los casos. Para fibras idénticas, el empalme estimará esta pérdida como 0 dB (es decir, ninguna pérdida detectable). A partir de los resultados anteriores con los empalmes de fibra diferentes descritos a continuación, las estimaciones del empalme de las pérdidas de potencia oscilan entre 0,07 dB (puntos de empalme B y C, Figura 1)y 0,3 dB (punto de empalme D). Estas estimaciones probablemente sobreestiman la pérdida debido a la geometría no coincidente y la refracción de la fibra óptica diferente, que aparecen falsamente como objetos defectuosos.
   5. Abra la cubierta del empalmador y, a continuación, abra uno de los soportes de fibra. El otro soporte de fibra no debe abrirse hasta que la fibra empalmada se retire del empalme.
   6. Como opción, se puede añadir un manguito de fibra para proteger el empalme. El calentador de la empalme se puede utilizar para moldear el manguito sobre la fibra. Alternativamente, se puede utilizar una pistola de aire caliente.
      NOTA: Si las dos fibras son muy largas o unidas a otros componentes, el manguito debe colocarse en una de las fibras antes de cortar, y luego se puede mover al punto de empalme. El manguito de fibra actúa como un tubo termorretráctil en circuitos electrónicos. Se puede utilizar para proteger el punto de empalme de una fuerza de flexión o tracción. En su lugar, se puede utilizar un recoatador de fibra para recubrir el punto de empalme para obtener la máxima protección del punto de empalme a daños mecánicos, aunque con un gasto adicional significativo, ya que este equipo debe adquirirse si no está disponible fácilmente.

2. Montar las piezas de fibra

1. Empalme la fibra de salida de la bomba <1> con la entrada de la bomba <2> del combinador de señal de la bomba (véase el diagrama del láser de fibra, Figura 1).
   1. Siga la sección 1 para cleave y empalme las fibras. Utilice la configuración predeterminada del programa BASIC I SP, con la excepción de los parámetros de fibra (2-A y 2-B) que deben introducirse manualmente. Los parámetros de empalme que deben introducirse se pueden encontrar en el Cuadro 1.
2. Empalme la salida del combinador <3> a la fibra activa dopada por Yb.
   1. Siga el paso 1.1 para cleave la fibra de salida del combinador <3>.
   2. Cierre la fibra activa <4>.
      NOTA: Debido a que la fibra activa <4> tiene un revestimiento octogonal, no se ajusta a la ranura en V de la cortadora de fibra. Por lo tanto, un simple cleave como se describe en el paso 1.1 producirá un ángulo de obstrucción relativamente grande. Por lo tanto, los siguientes pasos describen un protocolo especial para lograr un ángulo de obstrucción plano utilizando el mismo equipo.
      1. Siga la sección 1 para cleave y empalme la fibra activa <4> y una pieza de 6/125 SMF. Este SMF se elimina más tarde y no se incorpora al láser. Por lo tanto, es aceptable si la calidad de este ángulo de la cuchilla es pobre. No es importante obtener un ángulo de obstrucción plano para este paso.
      2. Corte el SMF a unos 2 cm del punto de empalme con una cortadora de alambre.
      3. Desmonte toda la longitud del SMF, y desmonte la fibra activa durante otros 0,5 cm. Ahora la fibra activa está tapada con 2 cm de SMF sin búfer.
      4. Cargue la fibra activa en la cortadora como en los pasos 1.1.3-1.1.5. Asegúrese de que sólo el SMF, que tiene un revestimiento circular, está sujetado por la abrazadera de fibra.
      5. Siga los pasos 1.1.6 y 1.1.7 para cleave la fibra activa <4>. Dado que sólo el SMF está en la ranura en V, este corte producirá un ángulo de corte mínimo.
   3. Siga el paso 1.3 para empalmar las fibras.
3. Mida aproximadamente la potencia total de salida desde el extremo distal de la fibra activa <4>.
   1. Corte la fibra activa <4> a 3 m desde el punto de empalme . Fibra activa más larga se puede utilizar para una mayor potencia de salida, pero la tasa de repetición se reducirá debido al aumento en la longitud de la cavidad.
   2. Deje el extremo <4C> como se menciona en el paso 1.1.
      NOTA: Debido a que se estima la medición de potencia en el siguiente paso, no es necesario utilizar el método mencionado en el paso 2.2.2.
   3. Apunte la fibra hacia el medidor de potencia y reúna la fibra y el medidor de potencia sin contacto físico.
      ADVERTENCIA: Poner la punta de la fibra demasiado cerca del medidor de potencia posiblemente dañará el sensor del medidor de potencia, ya que la potencia de la luz se concentra en un pequeño punto en el sensor. Para evitar esto, utilice una potencia de bomba mínima y confiable.
   4. Lea la salida de potencia del medidor de potencia. Un grande (>80%) el rendimiento de eficiencia indica suficientes empalmes de calidad en los puntos y .
      NOTA: Es normal tener cierta pérdida de potencia debido a la absorción de la fibra activa y debido a la ineficiencia del método de acoplamiento al medidor de potencia como se menciona en los pasos 2.3.2 a 2.3.3.
4. Empalme la fibra activa <4> a la entrada <5> del colimador .
   1. Siga el paso 2.2.2 para cortar la fibra activa <4> en el extremo para ser empalmada al colimador.
   2. Corte la entrada <5> del colimador a aproximadamente 40 cm.
      NOTA: La longitud de la fibra pasiva (<5>) no debe ser demasiado larga (>40 cm), porque el pulso amplificado se ampliará sustancialmente en el tiempo y el dominio espectral debido al aumento de la modulación de la autofase (SPM) y la dispersión de velocidad del grupo (GVD) y la dispersión de velocidad del grupo (GVD) después del paso a través de la fibra de ganancia (amplificación del pulso). Estos efectos aumentarán la dificultad de compresión del pulso.
   3. Siga los pasos 1.1 y 1.3 para cleavelar la entrada del colimador <5> y empalme las fibras activas y colimadoras.
      NOTA:Este empalme de una fibra de doble relado a un SMF puede parecer de una calidad inferior a los empalmes anteriores. Sin embargo, el rendimiento real depende solamente de la alineación del núcleo porque el pulso se propaga dentro del núcleo.
5. Fibra de empalme <6> del segundo colimador a la fibra de entrada de señal <7> del combinador.
   1. Siga la sección 1 para cleave y empalme las fibras.

3. Monte las piezas de fibra en la mesa óptica

Es fundamental verificar el funcionamiento con bloqueo de modo al finalizar los procedimientos de fabricación láser de fibra. Las firmas de la generación óptima de pulsos fs y la estabilidad del láser son las siguientes: En primer lugar, el pulso de salida puede caracterizarse lo suficiente por la instrumentación descrita en el paso 6. La salida del espectro de pulsos del oscilador láser debe centrarse cerca de 1.070 nm con la característica oreja de gato o forma de Batman que indica el bloqueo de modo como se predijo por la simulación numérica de la física de pulsos ANDi¹⁵ (Figura 2A). Aunque el espectro característico es un excelente indicador de coherencia de pulsos, se garantizan pruebas adicionales para garantizar el bloqueo completo del modo, la estabilidad y el rendimiento esperado del láser. Como diagnóstico adicional para el bloqueo de modo, la duración del pulso y los espectros de potencia de repetición de pulsos se miden utilizando el autocorrelator y el analizador de espectro RF, respectivamente. Se espera un solo pico sin pedestal para ambas mediciones durante el funcionamiento con bloqueo de modo. Durante las mediciones de autocorrelación, el par de rejilla se puede ajustar para lograr la compresión del pulso. Se midieron las duraciones del pulso de 70 fs (anchura completa media-máximo)(Figura 2B). Esta duración del pulso desquirped se acerca a la compresión limitada de transformación estimada del presente diseño láser: el límite de transformación se calcula utilizando el espectro de pulsos medido. En segundo lugar, la estabilidad del pulso puede ser probada monitoreando continuamente la potencia de salida promedio y el espectro de pulsos. La deriva de potencia es inferior al 3,5 % sobre 24 h(Figura 2C)sin refrigeración activa cuando la configuración del láser se monta en una mesa óptica flotante con amortiguación de vibraciones. Este nivel de estabilidad es suficiente para muchos experimentos de imágenes. El sistema permanece estable y auto-arranque durante más de una semana cuando está apagado. Los componentes de espacio libre se someten a deriva mecánica y el bloqueo de modo se pierde después de varias semanas, pero el bloqueo de modo a menudo se puede volver a obtener mediante ajustes menores de las placas de onda como se describe en el paso 6.

Una vez verificado el bloqueo de modo, también es importante probar el rendimiento de la imagen durante experimentos prácticos de MPE y microscopía no lineal utilizando muestras biológicas y de objetivos de prueba simples. Por ejemplo, la salida láser de fibra personalizada puede dirigirse a un microscopio de exploración láser comercial para la excitación de dos fotones (2PE) imágenes de fluorescencia(Figura 3A). Tenga en cuenta que el isolator de cavidad adicional, aunque con pérdida, es necesario para evitar que los reflejos de espalda de la óptica del microscopio entren en el oscilador láser. Estas reflexiones posteriores a menudo interrumpen el bloqueo del modo y la generación de señales de fluorescencia durante la toma de imágenes. Aquí, se llevó a cabo una prueba con un microscopio de exploración láser confocal comercial y un detector desescaneado con un agujero ajustado al ajuste de tamaño máximo con el fin de aumentar la señal de fluorescencia recogida. Una muestra de prueba simple para la microscopía es la medición de una solución de colorante fluorescente. Un primer experimento de microscopía sugerido es medir la señal de tinte fluorescente durante los ajustes de la potencia del pulso utilizando un conjunto de filtros de densidad neutra. Esto ayuda a verificar que la señal de fluorescencia depende cuadráticamente de la potencia láser entregada al plano de muestra(Figura 3B),que es la respuesta esperada para 2PE. A continuación, las imágenes de especímenes biológicos pueden recogerse utilizando autofluorescencia de tejido 2PE no lineal, por ejemplo (ver Figura 3C, una muestra de camarón sin mancha, salmuera fija), así como de segunda generación armónica (SHG) a partir de fibrillas de colágeno y 2PE de manchas fluorescentes extrínsicas (ver Figura 3D, un espécimen de tejido de pollo recién extirpado manchado con rodamina B). Como verificación adicional de 2PE, se compararon imágenes hiperespectrales de 2PE recogidas de objetivos de prueba de microesfera fluorescente multicolor con imágenes hiperespectrales tomadas por excitación lineal con láseres de diodos comerciales(Figura 4). Se analizaron la excitación de un solo fotón y los espectros de fluorescencia 2PE y se compararon para dos de los colores de la microesfera correspondientes a dos tintes fluorescentes excitados por separado por láseres comerciales y de onda continua de 514 nm y 594 nm. Los espectros de fluorescencia excitados por el láser personalizado son idénticos a los espectros tomados con los láseres de onda continua comercial (excitación de un solo fotón). Colectivamente, estos resultados indican que el láser de fibra fs personalizado genera pulsos con suficiente potencia pico y uniformidad para generar fluorescencia 2PE y SHG.

Figura 1: Esquema de la configuración personalizada de caracterización de láser y pulso de fibra. Las líneas negras numeradas 1 y 2 indican la salida del láser de la bomba. Las líneas negras numeradas 3-7 indican fibras intracavidades con la longitud de cada fibra entre los puntos de empalme indicados en metros. Las líneas negras sin numerar indican fibras extra-cavidad. Las marcas de cruz (x) indican puntos de empalme. Las líneas rojas son trazados de luz de espacio libre. La línea negra gruesa entre el OSC y el fotodiodo (PD) indica un cable BNC. El analizador de espectro RF, que toma la misma posición que el OSC cuando se utiliza, no se muestra en la figura porque el analizador de espectro RF se puede intercambiar en la configuración para el OSC usando el conector BNC. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Los resultados de la caracterización láser. (A) El espectro del pulso de salida de la operación de bloqueo de modo en comparación con la simulación numérica. (B) La señal de autocorrelación de intensidad del pulso desquirpad en comparación con la simulación numérica del límite de transformación. (C) La potencia de salida del láser durante dos pruebas de estabilidad de 24 horas. (Adaptado de Davoudzadeh et.^{al. 17}) Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Los resultados de las pruebas de rendimiento de la microscopía MPE. (A) Esquema del láser de fibra a medida con su salida dirigida a un microscopio confocal comercial. (B) La gráfica de registro que demuestra la dependencia cuadrática de la señal de fluorescencia MPE en función de la potencia de salida láser, medida utilizando una solución de tinte fluorescente. (C) 2PE imagen de autofluorescencia de una muestra de camarones de salmuera fija y no manchada utilizando el láser de fibra fs personalizado. (D) SHG (cian) de fibrillas de colágeno y fluorescencia 2PE (magenta) de células teñidas de rodamina B de un tejido de pollo recién extirpado utilizando el láser de fibra fs personalizado. Barras de escala de 50 m. (Adaptado de Davoudzadeh et al.¹⁷) Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Comparación de fluorescencia 2PE utilizando el láser de fibra fs personalizado frente a la excitación de un solo fotón (1PE) utilizando láseres de diodos comerciales. (A) Una imagen multicanal 1PE de microperlas espectralmente distintas utilizando varios láseres de diodos diferentes (izquierda; las longitudes de onda 1PE se enumeran en nm.) El perfil de intensidad fluorescente de las mismas perlas excitada por un láser de diodo de 514 nm (medio) y por el láser de fibra fs personalizado (derecha). Barras de escala a 50 m. (B) Los espectros normalizados de perlas verdes (izquierda) y rojas (derecha) excitadas por el láser de diodo frente al láser de fibra fs personalizado. (Adaptado de Davoudzadeh et.^{al. 17}) Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Tabla 1: Un resumen de los parámetros para el punto de empalme de fibra láser (A) de la bomba, así como los tres puntos de empalme de fibra intracavidad (B-D). Aquí la dirección de propagación de la luz es de la fibra izquierda a la fibra derecha. L - fibra izquierda en la junta de empalme; R - fibra derecha en la junta de empalme; MFD: diámetro medio del campo.

Los protocolos descritos aquí sintetizan el know-how y la experiencia que han sido una práctica común en el laboratorio de física láser durante décadas, pero que con frecuencia no es familiar para muchos investigadores biomédicos. Este trabajo intenta hacer que esta tecnología láser de fibra ultrarrápida sea más accesible para la comunidad en general. El diseño láser de fibra ANDi está bien establecido, como se desarrolló por primera vez en trabajos seminales por Wise y sus colegas^3. Sin embargo, las implementaciones de esta tecnología por otros grupos a veces han dado lugar a informes de láseres que no funcionan correctamente, lo que ilustra la necesidad de educar aún más a los investigadores biomédicos en aspectos no triviales de la caracterización del pulso y el funcionamiento con bloqueo de modo.

Tenga en cuenta que la fabricación y operación láser personalizada generalmente no es adecuada para laboratorios que no están familiarizados con el funcionamiento con láser y la seguridad. El entrenamiento de seguridad láser y la consideración de los peligros es esencial antes de intentar la construcción de un láser de clase 4. Debido a que el sistema láser está abierto, hay dos haces de reflexión principales (procedentes de las rejillas del compresor y el PBS en la cavidad) y varios reflejos menores de otras ópticas que necesitan ser bloqueados. Los componentes de espacio libre deben fijarse a una tabla óptica estable para mantener la alineación. Por el contrario, los láseres comerciales siempre están cerrados por seguridad y a menudo utilizan mecanismos de auto-alineación, haciéndolos más fáciles y seguros de operar.

Como se mencionó, el láser de fibra fs personalizado presentado aquí representa tal vez el mejor rendimiento que se puede esperar para un sistema de construcción fácil que minimiza los costos de material. El diseño y la calidad de los empalmes es un factor crítico para la eficiencia del láser, la facilidad de fabricación y la robustez para el daño del punto de combustión. Un empalme de baja calidad no sólo puede reducir la eficiencia de la salida de la bomba, sino también generar calor durante el funcionamiento y, por lo tanto, dañar la cavidad. Para lograr empalmes de alta calidad, uno necesita asegurarse de que la cortadora de fibra y el empalme estén limpios. Como se mencionó anteriormente, los hisopos de algodón empapados con alcohol deben utilizarse para limpiar todas las superficies de trabajo de forma regular. Además, cuando se producen grandes ángulos de centelar (>0,3o), se recomienda encarecidamente volver a dejar de lado mejorar la calidad del empalme.

Una vez bloqueado en modo, el sistema es bastante estable y permanece auto-comenzando durante un período de más de una semana. En caso de perturbaciones accidentales en el sistema o deriva mecánica de los componentes del espacio libre con el tiempo, el sistema perderá el bloqueo de modo, pero el láser de bloqueo de modo a menudo se puede recuperar fácilmente ajustando ligeramente las placas de onda. Para mantener una salida estable, el control de temperatura de la fibra activa es clave. Por lo tanto, el sistema se utiliza mejor en una habitación con aire acondicionado con un flujo de aire mínimo cerca de ella. El sistema es relativamente impermeable a pequeñas vibraciones. De hecho, el efecto de la vibración mecánica no se puede observar en los dominios temporal y espectral si el sistema se coloca en una tabla óptica amortiguada pasiva. Tocar los componentes de fibra del oscilador perturbará el bloqueo de modo, pero el bloqueo de modo se recupera simplemente devolviendo la fibra a su posición original aproximada.

Por último, el factor de forma compacto de los láseres de fibra fs es atractivo para el desarrollo de sistemas clínicos móviles. (por ejemplo, sistemas basados en carros móviles). Mientras que de menor tamaño en comparación con un láser de estado sólido, el diseño de láser de fibra personalizado presentado aquí contiene varios componentes de espacio libre que requieren alineación. Esto limita significativamente la movilidad del sistema. Es posible reemplazar todos estos componentes de espacio libre por análogos de componentes de fibra. El trabajo futuro incluirá el desarrollo de nuevos diseños de láser de fibra utilizando fibra PM para desarrollar sistemas que sean robustos para los cambios ambientales.

Los autores no declaran intereses en competencia.

Agradecemos a los Doctores E. Cronin-Furman y M. Weitzman (Olympus Corporation of the Americas Scientific Solutions Group) por su ayuda en la adquisición de imágenes. Este trabajo fue apoyado por la Beca de los Institutos Nacionales de Salud K22CA181611 (a B.Q.S.) y la Richard and Susan Smith Family Foundation (Newton, M.A.) Premio Smith Family a la Excelencia en Investigación Biomédica (a B.Q.S.).