Новый волоконный фемтосекундный лазер
Специалистами ООО «Авеста-Проект»[1] – фирмы-резидента Троицкого технопарка ФИАН – разработан новый волоконный фемтосекундный лазер ANTAUS, предназначенный для медицинских целей и использования в научных исследованиях. Можете приобрести.
Фемтосекундные лазеры всё шире применяются в медицине и промышленности, в частности, для операций по лазерной коррекции зрения (метод Фемто-ЛАСИК), микромашининга различных материалов, двухфотонной полимеризации (3D-печать), исправления топологии фотомасок, стандартов частоты и др. Это незаменимый инструмент для проведения научных исследований современного уровня в таких областях как спектроскопия с высоким временным разрешением, многофотонная микроскопия, генерация терагерцового излучения, генерация рентгеновского излучения и аттосекундных импульсов, лазерное ускорение частиц.
По сравнению с традиционными лазерными источниками фемтосекундные лазерные системы предлагают новый качественный уровень при обработке и структурировании различных материалов, благодаря отсутствию побочных тепловых эффектов. Это преимущество обусловлено тем, что длительность фемтосекундного лазерного импульса мала настолько, что при удалении порции материала тепло не успевает распространиться в прилегающие участки. Такой тип взаимодействия называется «холодной абляцией», т.е. материал удаляется путем прямого перехода из твердого состояния в плазму, минуя стадии плавления и испарения. Скорость перехода и удаления материала - на несколько порядков выше скорости распространения теплового воздействия.
Необходимость разработки надежной и простой фемтосекундной волоконной системы с достаточно большой энергией в импульсе и высокой средней мощностью была обусловлена требованиями OEM-заказчика (Original Equipment Manufacturer), а задача по интеграции системы в установку Фемто-ЛАСИК требовала высокой долговременной стабильности выходной мощности, повышенной отказоустойчивости и возможности управления выходной частотой повторения импульсов. В результате, ООО «Авеста-Проект» был представлен новый волоконный фемтосекундный лазер ANTAUS.
Волоконный лазер ANTAUS (оптический блок и блок управления)
Успешно реализованное в этой системе сочетание полностью волоконной схемы с технологией усиления чирпированных импульсов позволило получить источник ультракоротких импульсов с высокой энергией при чрезвычайно высокой стабильности параметров генерации на длинах волн 1030-1060 нм.
Опциональное оснащение системы акустооптическим модулятором добавляет возможность варьирования частоты следования импульсов от одиночного импульса до 2,5 МГц.
В задающем генераторе этой системы реализован механизм пассивной синхронизации мод на насыщающемся поглотителе (SESAM), что, на сегодняшний день, является наиболее надежным способом запуска режима генерации ультракоротких импульсов.
График долговременной стабильности системы ANTAUS
Оптимизированная схема «стретчер» – «усилитель» – «free-space компрессор» обеспечивает среднюю мощность выходного излучения фемтосекундных импульсов до 5 Вт и энергию 2 мкДж в импульсе при длительности менее 350 фс.
Автокорреляционная функция импульса системы ANTAUS
Высокое качество пучка (см. рисунок ниже) позволяет оптимально фокусировать лазерное излучение для микрообработки тканей и материалов, а также для возбуждения и регистрации нелинейных эффектов и процессов.
Профиль лазерного пучка системы ANTAUS
Автоматизированная микропроцессорная система управления с информационной индикацией позволяет без труда управлять режимами работы лазера. Встроенная система регулирования в реальном времени отслеживает состояние важных физических параметров и автоматически поддерживает их значения в пределах, обеспечивающих высокостабильную генерацию в режиме с номинальными характеристиками.
В лазере ANTAUS также реализована возможность удаленного управления с персонального компьютера при установке специального программного приложения, идущего в комплекте. Программный интерфейс также обеспечивает удобное и понятное управление лазером.
ANTAUS поставляется как OEM-источник лазерного излучения для дальнейшей интеграции в системы заказчиков в медицине и промышленности, так и в качестве самостоятельной системы для проведения прикладных и фундаментальных научных исследований. Лазер не требует выездной инсталляции и готов к работе сразу после поставки.
Коммерческая версия такого продукта российского производства впервые представлена на российском рынке. На данный момент в России отсутствуют отечественные коммерческие системы с подобным набором характеристик (см. таблицу).
Основные характеристики волоконного лазера ANTAUS
| Длительность импульса (FWHM) |
< 350 фс |
| Возможная длина волны* |
1030; 1040; 1050 нм |
| Энергия в импульсе |
> 2 мкДж |
| Средняя выходная мощность |
> 5 Вт |
| Частота повторения** |
2.5 МГц |
| Пространственная мода |
TEMoo |
| Поляризация |
линейная, горизонтальная |
| Тип выхода |
free-space |
|
Размеры
|
оптический блок: 350 x 220 x 120 мм
блок питания: 470 x 385 x 155 мм
|
|
* – выбирается при заказе; также доступны другие длины волн по запросу;
** – возможна установка АО модулятора для регулировки частоты повторения
|
В перечне многочисленных областей применения волоконных микроджоульных фемтосекундных систем следует выделить следующие:
1. Источники фемтосекуного излучения в операциях по коррекции зрения, а также перспективных операциях по лечению катаракты и др.
(Например, в операции Фемто-ЛАСИК фемтосекундный лазер используется для создания «клапана» или «лоскута» в роговичном слое, требуемого по технологии проведения операции. Созданный роговичный «лоскут» сначала отгибается, а затем возвращается обратно после проведения собственно коррекции эксимерным лазером. Фемтосекундный лазер позволяет проводить операции по коррекции зрения даже пациентам с достаточно тонкой роговицей. Важнейшую роль в успешности операции играет качество и точность создания «лоскута»).
2. Экспериментальные установки микрообработки и структурирования различных материалов и образцов.
(В частности, это метод двухфотонной полимеризации в технологии 3D-печати сверхвысокого пространственного разрешения; микромашининг полимерных материалов для медицинских применений; запись микроструктур в оптических волокнах и др.).
3. Спектроскопия сверхвысокого временного разрешения.
4. Многофотонная микроскопия.
По словам руководителя ООО «Авеста-Проект» Александра Конященко, «в дальнейших планах разработчиков ANTAUS – повышение средней мощности системы и уменьшение длительности импульса».
Коллектив «Авеста-Проект» на проводившемся Лазерной ассоциацией конкурсе 2015 года на лучшую отечественную разработку в области фотоники стали, в номинации «Источники лазерного излучения и системы управления лазерным лучом» (конкурс имени М.Ф. Стельмаха), был удостоен диплома.
В. Жебит, АНИ «ФИАН-информ»
_________________________________
[1] ООО «Авеста-Проект» (fs@avesta.ru) является одним из ведущих производителей фемтосекундных лазерных систем для научных и промышленных применений на российском рынке. Компания является резидентом Троицкого технопарка ФИАН. Разработка новых приборов и систем – один из основных приоритетов компании, поскольку значительная часть продукции поставляется на высококонкурентный мировой рынок фемтосекундных лазерных систем. К тексту
