Optical Fiber based Laser for Biomedical Applications

Abstract

The following document contains the final degree project of Fernando González Rubio, which has been developed under the supervision of Jose Antonio Lazaro Villa in colaboration with the Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), with the help of the researcher Dobryna Zalvidea specially. The aim of the project has been to design a laser for a use related with the adquisition of images for the study of cells migration. It pretends to serve as an option that others a more versatile and low-priced alternative to the lasers that are commonly used at microscopy. After the investigation of diferent design options, it was decided to choose a fiber optic based laser because they fulfill the requirements of short pulse emision, enough power, and, at the same time, they have advantatges like compactness, low losses and the possibility of using pumping diodes. Moreover, the cavities of this lasers can be built with diferent configurations, using for example fiber couplers, Fabry Perot cavities, rings or combinations of them inclusive, providing this way difeerent characteristics depending on the choice. At this project, in addition to a short theoretical review of diferent lasers and the concept of mode-locking, it has been included an explanation of diferent saturable absorber techniques and a constitution of a theoretical model of a mode-locked fiber ring laser which includes an Erbium doped Dober. Moreover, it has been done different simulations of the model with the goal of make a deeper study of the characteristics of this kind of lasers.

En el siguiente documento se expone el proyecto final de carrera de Fernando González Rubio, el cual ha sido realizado bajo la supervisión de Jose Antonio Lazaro Villa y en colaboración con el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) gracias a la investigadora Dobryna Zalvidea. Con este proyecto lo que se ha intentado es diseñar el modelo de un láser para un uso relacionado con la obtención de imagenes en el estudio de la migración de las células. Se pretende que este sirva como una opción que ofrezca una alternativa más versátil y menos costosa que los utilizados en investigación en microscopia. Tras la investigación de diferentes opciones de diseño, se escogió un láser de fibra óptica gracias a que estos cumplian los requerimientos en cuanto a emisión de pulsos cortos y niveles de potencia suficientes, y a su vez poseen ventajas como su compactibilidad, bajas pérdidas o la posibilidad de utilizar diodos para su bombeo. Además, las cavidades de estos láseres se pueden construir mediante diferentes configuraciones, mediante acopladores de fibra, cavidades lineales de Fabry Perot, en anillo o combinaciones de ellas, proporcionando así diferentes características segun la misma. En el proyecto, además de incluir un breve repaso teórico sobre diferentes láseres y el concepto de mode-locking, se han explicado diferentes técnicas de absorbedores saturables y se ha constituido un modelo teórico de un láser mode-locked en anillo basado en fibra óptica dopada con Erbio. A su vez, se han llevado a cabo diversas simulaciones del mismo con el objetivo de profundizar en el estudio de las características de este tipo de láseres.

Al document següent s'exposa el projecte final de carrera de Fernando González Rubio, el qual ha estat realitzat sota la supervisió de Jose Antonio Lazaro Villa i en col·laboració amb l'Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) gràcies a la investigadora Dobryna Zalvidea. Amb aquest projecte el que s'ha intentat es dissenyar el model d'un làser per a un ús relacionat amb la obtenció d'imatges a l'estudi de la migració de cèl·lules. Es preten que aquest serveixi com una opció que ofereixi una alternativa més versàtil i menys costosa als utilitzats en investigació en microscopia. Deprés de la investigació de diferents opcions de disseny, es va escogir un làser de fibra òptica ja que aquests cumpleixen els requerimients en quant a emisió de polsos curts i nivells de potència suficients, i a la vegada posseeixen ventatges com la seva compactibilitat, baixes pèrdues o la posibilitat d'utilizar diodes pel seu bombeig. A més, les cavitats d'aquests àsers es poden construir mitjançant diferents configuracions, mitjançant acopladors de fibra, cavitats lineals de Fabry Perot, en anell o combinacions d'aquetes, proporcionant d'aquesta forma diferents característiques segons la mateixa. Al projecte, a més d'incloure un breu repàs teòric sobre diferents làsers i el concepte de mode- locking, s'han explicat diferents tècniques d'absorbedors saturables i s'ha constituït el model teòric d'un làser mode-locked en anell basat en fibra òptica dopada amb Erbi. A la vegada, s'han dut a terme diverses simulacions d'aquesto amb l'objetiu de profunditzar en l'estudi de les característiques d'aquest tipus de làsers.