超连续谱光源应用——受激发射损耗
高功率全光纤中红外超连续谱光源研究
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高功率全光纤中红外超连续谱光源研究
高功率全光纤中红外超连续谱光源研究,是指在全光纤结构中,通过一定的光学调制技术,在中红外波段范围内产生超连续谱光源。
该光源具有宽带、高亮度、高功率等特点,适用于光纤通信、激光雷达、光学成像等领域。
该研究主要关注如何实现高功率、高效率的中红外超连续谱光源的产生。
一方面,需要选择合适的光纤材料和结构,以实现高光学品质和高光学功率的传输;另一方面,需要探索有效的光学调制技术,以实现波长范围宽、功率稳定的超连续谱光源。
在该研究中,研究人员通常采用多种光学器件和技术,如泵浦光源、光纤光学器件、非线性光学效应等,来实现光子的调制和能量转换。
通过优化各种光学参数,可获得高质量的超连续谱光源,进而实现各种应用需求。
值得注意的是,在该研究中还需考虑光纤和光学器件的热效应和光学损耗等因素,以保证光源的长期稳定性和高效率。
总之,高功率全光纤中红外超连续谱光源研究是一项具有挑战性和实用性的前沿研究,其研究成果将有望在光通信、激光雷达、光学成像等领域发挥重要作用。
超连续谱光源应用系列(一)——表面等离子体
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超连续谱光源应用系列(一)——表面等离子体表面等离子体激元(surface Plasmon polarizations, SPPs)是一种沿导体和电介质分界表面传播的特殊表面电磁波,其振幅随着离分界面的距离的增大而成指数衰减,它能被电子也能被光激发。
表面等离子共振技术(Surface Plasmon Resonance technology,SPR)是20世纪90年代发展起来的,应用SPR原理检测生物传感芯片(biosensor chip)上配位体与分析物作用的一种新技术。
发展简史☞1902年,Wood在光学实验中发现SPR现象☞1941年,Fano解释了SPR现象☞1971年,Kretschmann为SPR传感器结构奠定了基础☞1983年,Liedberg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定☞1987年,Knoll等人开始SPR成像研究☞1990年,Biacore AB公司开发出首台商品化SPR仪器表面等离子共振原理光在棱镜与金属膜表面上发生全反射现象时,会形成消逝波进入到光疏介质中,而在介质(假设为金属介质)中又存在一定的等离子波。
当两波相遇时可能会发生共振。
当消逝波与表面等离子波发生共振时,检测到的反射光强会大幅度地减弱。
能量从光子转移到表面等离子,入射光的大部分能量被表面等离子波吸收,使得反射光的能量急剧减少。
可以从反射光强的响应曲线看到一个最小的尖峰,此时对应的入射光波长为共振波长,对应的入射角为SPR角。
SPR角随金表面折射率变化而变化,而折射率的变化又与金表面结合的分子质量成正比。
这就是SPR对物质结合检测的基本原理。
SPR用途简介实时分析,简便快捷地监测DNA与蛋白质之间、蛋白质分子之间以及药物—蛋白质、核酸—核酸、抗原—抗体、受体—配体等等生物分子之间的相互作用,在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测、环境监测、毒品检测、法医鉴定等领域具有广泛的应用需求。
超连续谱是指超短脉冲在非线性介质中传输时,由于介质的非线性效应及色散效应的共同作用,导致脉冲的光谱被极大的加宽,使光谱的宽度远远大于入射光脉冲的宽度。
超连续光源
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bat等采用平均输出 功率为100W的CW光纤激光 泵浦纤芯掺磷(Phosphor us)的色散渐减光子晶体 光纤,获得了最高平均输 出功率为36W的超连续谱, 其超连续光谱短波端拓展 到了550nm处。
脉冲光泵浦情形
国 际 研 究
2005
2010
英国南安普顿大学的Ka ngkang Chen等人获得 Anping Liu 等人实现了 德国耶拿大学T.Schre iber等实现了平均输 出功率达到5W,超连 续光谱范围500nm至18 00nm的超连续谱产生。 平均输出功率为7.2W,光 了平均输出功率为39W 的超连续谱,其光谱覆 盖0.4-2.25μ m波段。
姓名: 学号:
超连续谱光源(supercontinuum sources),是利用超短脉
冲激光耦合进高非线性光纤(通常是光子晶体光纤PCF),因为光
纤的非线性效应、四波混频及光孤子效应,使得输出光的脉冲光 谱展宽,谱宽从0.4~2.4um,从而实现超宽的光谱输出。
这种超连续谱光源主要应用于荧光成像、荧光寿命成像(FLI M)、全反射式荧光显微(TIRF)、单分子成像、宽频光谱学、光 学同调断层扫描术(OCT)、流式细胞仪等领域。
美国贝尔实验室Ranka 等首次在光子晶体光 纤中实现超连续谱产 生。 2001
德国波茨坦大学的 M. Seefeldt 等人 获得了平均输出功 率分别为2.3W和2. 4W,光谱展宽范围 为550-1800nm和70 0-1600nm的超连续 谱输出。
CW 光泵浦情形
2003
2002
1999
法国Franche-Comt é大学的 L.Provin o,J. M.Dudley等 实现了光谱展宽, 超过 300nm 的超连 续谱输出。
ase光源和超连续谱光源
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ase光源和超连续谱光源
ASE光源(Amplified Spontaneous Emission)和超连续谱光
源是光学领域中常见的两种光源,它们在光通信、光谱分析、生物
医学等领域具有重要的应用价值。
首先,我们来谈谈ASE光源。
ASE光源是一种通过光放大器产
生的宽带光谱的光源。
它利用光放大器中的受激辐射过程产生的自
发辐射,产生了一个连续的光谱,其频谱宽度可以覆盖数百纳米到
数微米的范围。
ASE光源具有高亮度、高光谱纯度和较高的输出功
率等优点,可用于光通信中的光放大器、光谱分析中的光源等领域。
接下来,让我们来看看超连续谱光源。
超连续谱光源是一种产
生宽带光谱的光源,其特点是具有非常宽的光谱带宽,通常可以覆
盖数百纳米到数千纳米的范围。
超连续谱光源通常是通过非线性光
学效应(如超短脉冲激光在光纤中的非线性效应)产生的。
超连续
谱光源具有高光谱亮度、高光谱纯度和宽带宽等特点,广泛应用于
光谱分析、光学成像、生物医学诊断等领域。
从应用角度来看,ASE光源通常用于需要高亮度和较窄光谱带
宽的场合,如光通信中的光放大器和光源。
而超连续谱光源则更适
用于需要非常宽的光谱带宽和高光谱亮度的场合,比如光谱分析中需要覆盖宽波段的光源和光学成像中需要高分辨率的光源。
综上所述,ASE光源和超连续谱光源都是重要的光源技术,在不同的应用场合具有各自的优势和特点,能够满足不同领域对光源的需求。
在未来,随着光学技术的不断发展,这两种光源技术也将不断得到改进和拓展,为光学应用领域带来更多的创新和发展。
超连续光谱光源
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超连续光谱光源超连续谱光源在众多科学领域具有广泛而重要的应用,近年来一直是国际研究热点。
此调研回顾了利用连续光激光器和脉冲光激光器抽运光子晶体光纤产生超连续谱广元的形成机制以及近几年来两种机制下高功率超连续谱光源所取得的进展,分析了在提高超连续谱光源输出平均功率过程中所需要克服的难题。
报道了国防科学技术大学通过优化超连续谱光源的整体结构,攻克了低损熔接、光纤端面抗损伤、热处理以及非线性效应的有效控制等关键技术,成功研制出一种全光纤结构、输出平均功率为177.6w的超连续谱光源,光谱范围覆盖1064-2000nm,10db光谱带宽约740nm,光-光转换效率高达56%,功率水平为国际领先。
背景窄带入射脉冲在介质中由于极度的非线性光谱展宽效应而产生的宽带连续谱被称为超连续谱(super continuum),如图1.1所示。
超连续谱的产生由Alfano和shapiro[1,2]在块状玻璃中发现并首次报道,他们发现当波长为530nm、脉冲能量为5mJ的皮秒脉冲在块状BK7玻璃中传播后,可以获得波长从400到700nm的覆盖整个可见光范围的白光光谱。
之后超连续谱被广泛地研究,包括固体、有机和无机液体、气体以及各种类波导中产生超连续谱。
图1.1 超连续谱光源90年代后期光子晶体光纤形式的新型光波导的产生吸引了科学界广泛的兴趣,引发了一场通过超连续谱的产生来获得超宽带高亮度光谱的革命[3-5]。
1992年彻Russell等人首次提出PCF(Photonic Crystal Fiber ,PCF)的概念,1996年J.C.Knight等人成功拉制出世界上第一根PCF[6],之后对PCF的特性的研究迅速展开。
图1.2是PCF的横截面示意图,灰色区域是二氧化硅,白色区域是空气孔(air holes),黑色区域是聚合体涂覆层(polymer coating),d是空气孔的直径,Λ是空气孔的间距。
由图可看出PCF的包层由周期性排列的微米量级空气孔所组成。
超连续谱光源在光纤传感中的作用
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超连续谱光源在光纤传感中的作用一、超连续谱光源概述超连续谱光源是一种特殊的光源,它能够产生宽广的光谱覆盖范围,从紫外到红外区域。
这种光源的产生通常依赖于非线性光学过程,如自相位调制、四波混频等。
与传统的窄带光源相比,超连续谱光源具有独特的优势,特别是在光纤传感领域,它能够提供更为丰富的光谱信息和更高的分辨率。
1.1 超连续谱光源的基本原理超连续谱光源的产生基于非线性介质中的非线性效应。
当一个强激光脉冲通过非线性介质时,由于介质的非线性响应,激光脉冲的光谱会经历显著的展宽,从而形成超连续谱。
这个过程涉及到多种非线性效应,包括自相位调制、四波混频、交叉相位调制等。
1.2 超连续谱光源的特点超连续谱光源具有以下特点:- 光谱宽度大:超连续谱光源能够覆盖从紫外到红外的广泛光谱范围。
- 光谱平坦:超连续谱的光谱分布相对平坦,有利于在传感中实现均匀的光谱采样。
- 可调谐性:通过调整泵浦源的参数,可以改变超连续谱的中心波长和光谱宽度。
- 高亮度:超连续谱光源通常具有较高的光输出功率,有利于提高传感系统的信噪比。
1.3 超连续谱光源的类型超连续谱光源有多种类型,包括基于光纤的超连续谱光源、基于固体介质的超连续谱光源等。
每种类型的光源都有其特定的应用场景和优势。
二、超连续谱光源在光纤传感中的应用光纤传感是一种利用光纤作为传感媒介的技术,它可以检测温度、应力、折射率等物理量的变化。
超连续谱光源由于其宽广的光谱特性,在光纤传感中发挥着重要作用。
2.1 光纤传感的基本原理光纤传感的基本原理是利用光纤对外界环境变化的敏感性。
当光纤受到温度、应力等因素的影响时,其光学特性(如折射率、光程等)会发生变化,从而引起传输光的相位、强度、频率等参数的改变。
通过测量这些变化,可以推断出被测量的物理量。
2.2 超连续谱光源在光纤传感中的优势超连续谱光源在光纤传感中的优势主要包括:- 多参数检测:由于超连续谱光源具有宽广的光谱,可以同时检测多个物理量。
超连续光谱光源
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超连续光谱光源超连续谱光源在众多科学领域具有广泛而重要的应用,近年来一直是国际研究热点。
此调研回顾了利用连续光激光器和脉冲光激光器抽运光子晶体光纤产生超连续谱广元的形成机制以及近几年来两种机制下高功率超连续谱光源所取得的进展,分析了在提高超连续谱光源输出平均功率过程中所需要克服的难题。
报道了国防科学技术大学通过优化超连续谱光源的整体结构,攻克了低损熔接、光纤端面抗损伤、热处理以及非线性效应的有效控制等关键技术,成功研制出一种全光纤结构、输出平均功率为177.6w的超连续谱光源,光谱范围覆盖1064-2000nm,10db光谱带宽约740nm,光-光转换效率高达56%,功率水平为国际领先。
背景窄带入射脉冲在介质中由于极度的非线性光谱展宽效应而产生的宽带连续谱被称为超连续谱(super continuum),如图1.1所示。
超连续谱的产生由Alfano和shapiro[1,2]在块状玻璃中发现并首次报道,他们发现当波长为530nm、脉冲能量为5mJ的皮秒脉冲在块状BK7玻璃中传播后,可以获得波长从400到700nm的覆盖整个可见光范围的白光光谱。
之后超连续谱被广泛地研究,包括固体、有机和无机液体、气体以及各种类波导中产生超连续谱。
图1.1 超连续谱光源90年代后期光子晶体光纤形式的新型光波导的产生吸引了科学界广泛的兴趣,引发了一场通过超连续谱的产生来获得超宽带高亮度光谱的革命[3-5]。
1992年彻Russell等人首次提出PCF(Photonic Crystal Fiber ,PCF)的概念,1996年J.C.Knight等人成功拉制出世界上第一根PCF[6],之后对PCF的特性的研究迅速展开。
图1.2是PCF的横截面示意图,灰色区域是二氧化硅,白色区域是空气孔(air holes),黑色区域是聚合体涂覆层(polymer coating),d是空气孔的直径,Λ是空气孔的间距。
由图可看出PCF的包层由周期性排列的微米量级空气孔所组成。
受激发射损耗显微超分辨成像
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受激发射损耗显微超分辨成像引言:随着科学技术的不断发展,成像技术也得到了极大的提升。
受激发射损耗显微超分辨成像技术是一种基于受激发射效应的成像方法,可以实现对微观物体的高分辨率成像。
本文将详细介绍受激发射损耗显微超分辨成像的原理、应用以及未来的发展前景。
一、原理受激发射损耗显微超分辨成像是一种基于非线性光学效应的成像技术。
其原理是通过激光束对样品进行激发,样品中的荧光染料受到激发后会发生非线性光学效应,产生相干光信号。
通过检测和分析这些相干光信号,可以获得样品的高分辨率图像。
二、应用1. 生物医学:受激发射损耗显微超分辨成像在生物医学领域有着广泛的应用。
可以实现对生物标记物的高分辨率成像,用于研究细胞的结构和功能,以及疾病的发生机制等。
2. 材料科学:受激发射损耗显微超分辨成像在材料科学领域也具有重要的应用价值。
可以实现对材料的微观结构和表面形貌的高分辨率成像,用于研究材料的性能和特性,以及材料的制备和改性等。
3. 纳米技术:受激发射损耗显微超分辨成像在纳米技术领域有着广泛的应用。
可以实现对纳米结构和纳米材料的高分辨率成像,用于研究纳米材料的组成、形状和尺寸等。
4. 光子学:受激发射损耗显微超分辨成像在光子学领域也具有重要的应用。
可以实现对光子器件和光子材料的高分辨率成像,用于研究光子器件的性能和特性,以及光子器件的制备和优化等。
三、发展前景受激发射损耗显微超分辨成像技术在成像分辨率和成像速度方面都具有巨大的优势,具有很大的发展潜力。
未来,随着技术的不断进步,受激发射损耗显微超分辨成像技术有望实现更高的成像分辨率和更快的成像速度。
同时,受激发射损耗显微超分辨成像技术也将与其他成像技术相结合,形成多模态成像系统,进一步提高成像的准确性和全面性。
结论:受激发射损耗显微超分辨成像技术作为一种高分辨率成像技术,具有广泛的应用前景。
其在生物医学、材料科学、纳米技术和光子学等领域的应用正在不断拓展。
随着技术的不断进步,受激发射损耗显微超分辨成像技术有望在未来发挥更大的作用,为科学研究和实际应用提供更为准确和全面的成像手段。
超连续谱激光对生物荧光激发效应的影响
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S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y O n P l a s ma P h y s i  ̄L a b o r a t o r y ,C h i n a Ac a d e my o f E n g i n e e r i n g P h y s i c s ,Mi a n y a n g ,S i c h u a n 6 2 1 9 0 0 , C h i n a ;。 C o l l a b o r a t i v e I n n o v a t i o n C e n t e r f o I F S A,S h a n g h a i J i a o T o n g U n i v e r s i t y ,S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0 , C h i n a
L a s e r F u s i o n R e s e a r c h C e n t e r ,C h i n a Ac a d e my o f E n g i n e e r i n g P h y s i c s ,C h e n g d u ,S i c h u a n 6 3 0 0 2 1 , C h i n a
Байду номын сангаас
中 图分 类 号
d o i :1 0. 3 7 8 8 / L OP 5 3 . 1 2 1 4 O 1
I nf l ue nc e of Supe r c o nt i nuum Las e r o n Bi ol um i ne s c e nc e I m agi ng Te c hno l og y
长 的光 源 寿 命 和 连 续 可 调 的光 源 参 数 , 可满足荧光成像研 究过程 中对光 源参数 的不 同需求 , 所 做 工 作 有 利 于 解 决
受激发射损耗显微镜技术

受激发射损耗显微镜技术
受激发射损耗显微镜技术(Stimulated Emission Depletion Microscopy,简称STED)是一种高分辨率显微镜技术,它使
用受激发射效应来降低荧光染料的激发光斑大小,从而实现超分辨率成像。
STED显微镜的工作原理是利用提前脉冲在激发光场作用下使
某些能级的含能量荧光色心从基态跃迁到高能激发态,并在激发过程中发出辐射能,这个辐射能与激发光场相干叠加。
然后通过叠加的辐射能的相干加以衰减,这样可以使得激发光的光斑变得更小。
具体来说,STED显微镜通过使用一个环形光束(STED光束)将样品中的分子束缚在高能激发态,然后通过关闭激发光束和打开STED光束,使得分子从高能激发态退回到基态并发出受激辐射。
通过巧妙地设计STED光束的强度和形状,可以在空间上高度限制受激辐射的发生位置,从而有效减小荧光光斑的直径。
相比传统的荧光显微镜,STED显微镜具有更高的分辨率。
传
统荧光显微镜由于烧穿激发和无法避免的荧光发射导致的光斑扩散,分辨率有限。
而STED显微镜可以在几十到几百纳米的尺度范围内实现超分辨率成像,使得细胞和生物分子的结构更加清晰可见。
由于STED显微镜的高分辨率和成像速度较快,这种技术在生物学研究、材料科学和纳米技术等领域得到广泛应用。
它可以
用于观察细胞内的亚细胞结构、单细胞分子相互作用、蛋白质聚集等多个层面的研究。
同时,STED显微镜还可以结合其他
技术,如光谱成像和时间分辨成像等,进一步扩展其应用领域。
受激发射

且有相同的偏振方向和传播方向,它们是相干的。这个过程称为光的受激发射。
设在时刻t处于高能级E2上粒子数密度为N2(t),频率为ν的入射光的单色辐射能量密度为ρν,在t至t+dt 时间内单位体积中从高能级E2受激发射而跃迁到低能级E1的粒子数dN21为:
dN21=B21N2ρνdt
定义
在说明受激发射之前需先了解原子的能级的概念,其中发出光最重要的就是跃迁。 原子基本上由原子核、电子组成。若有外来能量使电子与原子核的距离增大,则内能增加;反之减少。 玻尔假说:原子存在某些定态,在这些定态时不发出也不吸收电磁辐射,原子定态能量只能采取某些分立值、 等,这些定态能量的值称为能阶。 电子通过能阶跃迁可以改变其轨道,离原子核较远的轨道具有较高的能阶。当电子从离原子核较远的轨道 (高能阶)跃迁到离原子核较近的轨道(低能阶)上时将会发射出光子。反之,吸收光子或声子,可使电子自较 低能阶轨道跃迁到较高能阶的轨道。每个跃迁对应一个特定的能量和波长。 与跃迁对应的高能阶能量和低能阶能量满足关系式: 上式中 c指真空中的光速,,λ为波长,ν为频率,h为普朗克常数; J.s
发光
正常情况下,大多数粒子处于基态,要使这些粒子产生辐射作用,必须把处于基态的粒子激发到高能阶上去。 由于原子内部结构不同,相同的外界条件使原子从基态激发到各高能阶的概率不同。通常把原子、分子或离子激 发到某一能阶上的可能性称为这一能阶的“激发概率”。
理论研究表明,光的发射过程分为两种,一种是在没有外来光子的情况下,处于高能阶的一个原子自发地向 低能阶跃迁,并发射一个能量为-的光子,这种过程称为“自发跃迁”;由原子自发跃迁发出的光波称为自发发射。
B21称为受激发射系数,它是粒子能级系统的特征参量。如记W21=B21ρν,则有
受激发射损耗显微术及其在生物医学上的应用
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受激发射损耗显微术及其在生物医学上的应用
郑东
【期刊名称】《现代仪器与医疗》
【年(卷),期】2011(017)001
【摘要】由于受到光学衍射的限制,均匀照明宽视场荧光显微术和激光共焦扫描显微术的分辨率约为200~300nm.近年来受激发射损耗显微术在突破衍射极限以及应用方面取得许多令人瞩目的成果.本文简要介绍受激发射损耗显微术的原理、方法及其在生物医学上的应用.
【总页数】3页(P1-3)
【作者】郑东
【作者单位】北京师范大学分析测试中心,北京100875
【正文语种】中文
【相关文献】
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超连续谱光源应用系列(一)——受激发射损耗
背景
随着科学技术的不断进步,生物医学,材料学领域开始对亚百纳米尺度的微结构进行观测与分析,从而对显微技术的发展提出了更高的要求。
虽然随着扫描电镜、扫描隧道显微镜及原子力显微镜等技术的出现,实现纳米量级的分辨率已经成为可能,但是以上这些技术仍然存在对样品破坏性较大,只能观测样品表面等缺点,并不适合对于生物样品,特别是活体样品的观测。
2006 年,德国马克斯-普朗克(Max-Planck)学会生物物理化学研究所所长施特芬-赫尔(Stefan Hell),发明了突破200 纳米“阿贝极限”的STED 超高分辨率光学显微镜,解决了这一问题。
什么是受激发射损耗(STED)?
如果你有一根粗笔,怎么能够用它画细线?
买块橡皮。
先画个粗的,再擦去两边的多余部分。
STED用的就是这个原理
使用一个合适的激光,仅激发一个点的荧光基团使其发光,然后再用一个面包圈样的光源抑制那个点周围的荧光强度,这样就只有一个点发光并被观察。
STED 的基本原理
一个典型的STED显微系统中需要两束照明光,其中一束为激发光,另外一束为损耗光。
当激发光的照射使得其衍射斑范围内的荧光分子被激发,其中的电子跃迁到激发态后,损耗光使得部分处于激发光斑外围的电子以受激发射的方式回到基态,其余位于激发光斑中心的被激发电子则不受损耗光的影响,继续以自发荧光的方式回到基态。
由于在受激发射过程中所发出的荧光和自发荧光的波长及传播方向均不同,因此真正被探测器所接受到的光子均是由位于激发光斑中心部分的荧光样品通过自发荧光方式产生的。
由此,有效荧光的发光面积得以减小,从而提高了系统的分辨率。
超连续谱光源可同时用作STED 显微术的STED 光源和EXC 激发光源,是高性价比和超高精度STED 成像的一个最理想的选择。
同时,超连续谱光源拥有极大的光谱带宽,能够使得STED 和激发光束得到大范围的调谐来实现激发和损耗的最优化。
(拓普光研)Advanced Laser Platform( ALP ) ——可以同时输出三路光束。
同步,而且脉宽都在ps量级,重复
频率都在MHz量级,平均功率都是W量级,所以其中任意一路(一般用SC输出)的峰值功率都足购激发荧光,而另外一路即可用作激发红移的depletion光束,从而实现相消的结果。
引用:
/view/5261dd8d960590c69ec37679.html。