Abstract

We present a novel architecture for a fiber-based hybrid laser system for coherent Raman microscopy, combining an amplified Er:fiber femtosecond oscillator with a Tm:fiber amplifier boosting the power of the 2-μm portion of a supercontinuum up to 300 mW. This is enough to obtain, by means of nonlinear spectral compression, sub-20cm1 wide pump and Stokes pulses with 25003300cm1 frequency detuning and average power at the 100-mW level. Application of this system to stimulated Raman scattering microscopy is discussed.

© 2014 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. C. L. Evans and X. S. Xie, Annu. Rev. Anal. Chem. 1, 883 (2008).
    [CrossRef]
  2. A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
    [CrossRef]
  3. C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Cote, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
    [CrossRef]
  4. Ch. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
    [CrossRef]
  5. P. Nandakumar, A. Kovalev, and A. Volkmer, New J. Phys. 11, 033026 (2009).
    [CrossRef]
  6. B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
    [CrossRef]
  7. Y. Ozeki, W. Umemura, Y. Otsuka, S. Satoh, H. Hashimoto, K. Sumimura, N. Nishizawa, K. Fukui, and K. Itoh, Nat. Photonics 6, 845 (2012).
    [CrossRef]
  8. J. P. Pezacki, J. A. Blake, D. C. Danielson, D. C. Kennedy, R. K. Lyn, and R. Singaravelu, Nat. Chem. Biol. 7, 137 (2011).
    [CrossRef]
  9. E. O. Potma, D. J. Jones, J.-X. Cheng, X. S. Xie, and J. Ye, Opt. Lett. 27, 1168 (2002).
    [CrossRef]
  10. F. Ganikhanov, S. Carrasco, X. S. Xie, M. Katz, W. Seitz, and D. Kopf, Opt. Lett. 31, 1292 (2006).
    [CrossRef]
  11. M. Baumgartl, M. Chemnitz, C. Jauregui, T. Meyer, B. Dietzek, J. Popp, J. Limpert, and A. Tünnermann, Opt. Express 20, 4484 (2012).
    [CrossRef]
  12. Th. Gottschall, M. Baumgartl, A. Sagnier, J. Rothhardt, C. Jauregui, J. Limpert, and A. Tünnermann, Opt. Express 20, 12004 (2012).
    [CrossRef]
  13. M. Chemnitz, M. Baumgartl, T. Meyer, C. Jauregui, B. Dietzek, J. Popp, J. Limpert, and A. Tünnermann, Opt. Express 20, 26583 (2012).
    [CrossRef]
  14. S. Lefrancois, D. Fu, G. R. Holtom, L. Kong, W. J. Wadsworth, P. Schneider, R. Herda, A. Zach, X. S. Xie, and F. W. Wise, Opt. Lett. 37, 1652 (2012).
    [CrossRef]
  15. E. S. Lamb, S. Lefrancois, M. Ji, W. J. Wadsworth, X. S. Xie, and F. W. Wise, Opt. Lett. 38, 4154 (2013).
    [CrossRef]
  16. G. Krauss, T. Hanke, A. Sell, D. Träutlein, A. Leitenstorfer, R. Selm, M. Winterhalder, and A. Zumbusch, Opt. Lett. 34, 2847 (2009).
    [CrossRef]
  17. M. Marangoni, A. Gambetta, C. Manzoni, V. Kumar, R. Ramponi, and G. Cerullo, Opt. Lett. 34, 3262 (2009).
    [CrossRef]
  18. A. Gambetta, V. Kumar, G. Grancini, D. Polli, R. Ramponi, G. Cerullo, and M. Marangoni, Opt. Lett. 35, 226 (2010).
    [CrossRef]
  19. Ch. W. Freudiger, W. Yang, G. R. Holtom, N. Peyghambarian, X. S. Xie, and K. Q. Kieu, Nat. Photonics 8, 153 (2014).
    [CrossRef]
  20. G. Imeshev and M. Fermann, Opt. Express 13, 7424 (2005).
    [CrossRef]
  21. S. Adler and F. A. Diddams, Opt. Lett. 37, 1400 (2012).
    [CrossRef]
  22. M. A. Marangoni, D. Brida, M. Quintavalle, G. Cirmi, F. M. Pigozzo, C. Manzoni, F. Baronio, A. D. Capobianco, and G. Cerullo, Opt. Express 15, 8884 (2007).
    [CrossRef]
  23. T. S. McComb, R. A. Sims, C. C. C. Willis, P. Kadwani, V. Sudesh, L. Shah, and M. Richardson, Appl. Opt. 49, 6236 (2010).
    [CrossRef]
  24. N. Coluccelli, M. Cassinerio, A. Gambetta, P. Laporta, and G. Galzerano, Opt. Lett. 39, 1661 (2014).
    [CrossRef]
  25. K. Kuetemeyer, R. Rezgui, H. Lubatschowski, and A. Heisterkamp, Biomed. Opt. Express 1, 587 (2010).
    [CrossRef]

2014

Ch. W. Freudiger, W. Yang, G. R. Holtom, N. Peyghambarian, X. S. Xie, and K. Q. Kieu, Nat. Photonics 8, 153 (2014).
[CrossRef]

N. Coluccelli, M. Cassinerio, A. Gambetta, P. Laporta, and G. Galzerano, Opt. Lett. 39, 1661 (2014).
[CrossRef]

2013

2012

2011

J. P. Pezacki, J. A. Blake, D. C. Danielson, D. C. Kennedy, R. K. Lyn, and R. Singaravelu, Nat. Chem. Biol. 7, 137 (2011).
[CrossRef]

2010

2009

2008

C. L. Evans and X. S. Xie, Annu. Rev. Anal. Chem. 1, 883 (2008).
[CrossRef]

Ch. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef]

2007

2006

2005

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Cote, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef]

G. Imeshev and M. Fermann, Opt. Express 13, 7424 (2005).
[CrossRef]

2002

1999

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

Adler, S.

Baronio, F.

Baumgartl, M.

Blake, J. A.

J. P. Pezacki, J. A. Blake, D. C. Danielson, D. C. Kennedy, R. K. Lyn, and R. Singaravelu, Nat. Chem. Biol. 7, 137 (2011).
[CrossRef]

Brida, D.

Capobianco, A. D.

Carrasco, S.

Cassinerio, M.

Cerullo, G.

Chemnitz, M.

Cheng, J.-X.

Cirmi, G.

Coluccelli, N.

Cote, D.

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Cote, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef]

Danielson, D. C.

J. P. Pezacki, J. A. Blake, D. C. Danielson, D. C. Kennedy, R. K. Lyn, and R. Singaravelu, Nat. Chem. Biol. 7, 137 (2011).
[CrossRef]

Diddams, F. A.

Dietzek, B.

Evans, C. L.

C. L. Evans and X. S. Xie, Annu. Rev. Anal. Chem. 1, 883 (2008).
[CrossRef]

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Cote, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef]

Fermann, M.

Freudiger, C. W.

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef]

Freudiger, Ch. W.

Ch. W. Freudiger, W. Yang, G. R. Holtom, N. Peyghambarian, X. S. Xie, and K. Q. Kieu, Nat. Photonics 8, 153 (2014).
[CrossRef]

Ch. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef]

Fu, D.

Fukui, K.

Y. Ozeki, W. Umemura, Y. Otsuka, S. Satoh, H. Hashimoto, K. Sumimura, N. Nishizawa, K. Fukui, and K. Itoh, Nat. Photonics 6, 845 (2012).
[CrossRef]

Galzerano, G.

Gambetta, A.

Ganikhanov, F.

Gottschall, Th.

Grancini, G.

Hanke, T.

Hashimoto, H.

Y. Ozeki, W. Umemura, Y. Otsuka, S. Satoh, H. Hashimoto, K. Sumimura, N. Nishizawa, K. Fukui, and K. Itoh, Nat. Photonics 6, 845 (2012).
[CrossRef]

He, C.

Ch. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef]

Heisterkamp, A.

Herda, R.

Holtom, G. R.

Ch. W. Freudiger, W. Yang, G. R. Holtom, N. Peyghambarian, X. S. Xie, and K. Q. Kieu, Nat. Photonics 8, 153 (2014).
[CrossRef]

S. Lefrancois, D. Fu, G. R. Holtom, L. Kong, W. J. Wadsworth, P. Schneider, R. Herda, A. Zach, X. S. Xie, and F. W. Wise, Opt. Lett. 37, 1652 (2012).
[CrossRef]

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef]

Ch. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef]

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

Imeshev, G.

Itoh, K.

Y. Ozeki, W. Umemura, Y. Otsuka, S. Satoh, H. Hashimoto, K. Sumimura, N. Nishizawa, K. Fukui, and K. Itoh, Nat. Photonics 6, 845 (2012).
[CrossRef]

Jauregui, C.

Ji, M.

Jones, D. J.

Kadwani, P.

Kang, J. X.

Ch. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef]

Katz, M.

Kennedy, D. C.

J. P. Pezacki, J. A. Blake, D. C. Danielson, D. C. Kennedy, R. K. Lyn, and R. Singaravelu, Nat. Chem. Biol. 7, 137 (2011).
[CrossRef]

Kieu, K. Q.

Ch. W. Freudiger, W. Yang, G. R. Holtom, N. Peyghambarian, X. S. Xie, and K. Q. Kieu, Nat. Photonics 8, 153 (2014).
[CrossRef]

Kong, L.

Kopf, D.

Kovalev, A.

P. Nandakumar, A. Kovalev, and A. Volkmer, New J. Phys. 11, 033026 (2009).
[CrossRef]

Krauss, G.

Kuetemeyer, K.

Kumar, V.

Lamb, E. S.

Laporta, P.

Lefrancois, S.

Leitenstorfer, A.

Limpert, J.

Lin, C. P.

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Cote, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef]

Lu, S.

Ch. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef]

Lubatschowski, H.

Lyn, R. K.

J. P. Pezacki, J. A. Blake, D. C. Danielson, D. C. Kennedy, R. K. Lyn, and R. Singaravelu, Nat. Chem. Biol. 7, 137 (2011).
[CrossRef]

Manzoni, C.

Marangoni, M.

Marangoni, M. A.

McComb, T. S.

Meyer, T.

Min, W.

Ch. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef]

Nandakumar, P.

P. Nandakumar, A. Kovalev, and A. Volkmer, New J. Phys. 11, 033026 (2009).
[CrossRef]

Nishizawa, N.

Y. Ozeki, W. Umemura, Y. Otsuka, S. Satoh, H. Hashimoto, K. Sumimura, N. Nishizawa, K. Fukui, and K. Itoh, Nat. Photonics 6, 845 (2012).
[CrossRef]

Otsuka, Y.

Y. Ozeki, W. Umemura, Y. Otsuka, S. Satoh, H. Hashimoto, K. Sumimura, N. Nishizawa, K. Fukui, and K. Itoh, Nat. Photonics 6, 845 (2012).
[CrossRef]

Ozeki, Y.

Y. Ozeki, W. Umemura, Y. Otsuka, S. Satoh, H. Hashimoto, K. Sumimura, N. Nishizawa, K. Fukui, and K. Itoh, Nat. Photonics 6, 845 (2012).
[CrossRef]

Peyghambarian, N.

Ch. W. Freudiger, W. Yang, G. R. Holtom, N. Peyghambarian, X. S. Xie, and K. Q. Kieu, Nat. Photonics 8, 153 (2014).
[CrossRef]

Pezacki, J. P.

J. P. Pezacki, J. A. Blake, D. C. Danielson, D. C. Kennedy, R. K. Lyn, and R. Singaravelu, Nat. Chem. Biol. 7, 137 (2011).
[CrossRef]

Pigozzo, F. M.

Polli, D.

Popp, J.

Potma, E. O.

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Cote, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef]

E. O. Potma, D. J. Jones, J.-X. Cheng, X. S. Xie, and J. Ye, Opt. Lett. 27, 1168 (2002).
[CrossRef]

Puoris’haag, M.

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Cote, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef]

Quintavalle, M.

Ramponi, R.

Reichman, J.

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef]

Rezgui, R.

Richardson, M.

Rothhardt, J.

Saar, B. G.

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef]

Ch. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef]

Sagnier, A.

Satoh, S.

Y. Ozeki, W. Umemura, Y. Otsuka, S. Satoh, H. Hashimoto, K. Sumimura, N. Nishizawa, K. Fukui, and K. Itoh, Nat. Photonics 6, 845 (2012).
[CrossRef]

Schneider, P.

Seitz, W.

Sell, A.

Selm, R.

Shah, L.

Sims, R. A.

Singaravelu, R.

J. P. Pezacki, J. A. Blake, D. C. Danielson, D. C. Kennedy, R. K. Lyn, and R. Singaravelu, Nat. Chem. Biol. 7, 137 (2011).
[CrossRef]

Stanley, C. M.

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef]

Sudesh, V.

Sumimura, K.

Y. Ozeki, W. Umemura, Y. Otsuka, S. Satoh, H. Hashimoto, K. Sumimura, N. Nishizawa, K. Fukui, and K. Itoh, Nat. Photonics 6, 845 (2012).
[CrossRef]

Träutlein, D.

Tsai, J. C.

Ch. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef]

Tünnermann, A.

Umemura, W.

Y. Ozeki, W. Umemura, Y. Otsuka, S. Satoh, H. Hashimoto, K. Sumimura, N. Nishizawa, K. Fukui, and K. Itoh, Nat. Photonics 6, 845 (2012).
[CrossRef]

Volkmer, A.

P. Nandakumar, A. Kovalev, and A. Volkmer, New J. Phys. 11, 033026 (2009).
[CrossRef]

Wadsworth, W. J.

Willis, C. C. C.

Winterhalder, M.

Wise, F. W.

Xie, X. S.

Ch. W. Freudiger, W. Yang, G. R. Holtom, N. Peyghambarian, X. S. Xie, and K. Q. Kieu, Nat. Photonics 8, 153 (2014).
[CrossRef]

E. S. Lamb, S. Lefrancois, M. Ji, W. J. Wadsworth, X. S. Xie, and F. W. Wise, Opt. Lett. 38, 4154 (2013).
[CrossRef]

S. Lefrancois, D. Fu, G. R. Holtom, L. Kong, W. J. Wadsworth, P. Schneider, R. Herda, A. Zach, X. S. Xie, and F. W. Wise, Opt. Lett. 37, 1652 (2012).
[CrossRef]

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef]

Ch. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef]

C. L. Evans and X. S. Xie, Annu. Rev. Anal. Chem. 1, 883 (2008).
[CrossRef]

F. Ganikhanov, S. Carrasco, X. S. Xie, M. Katz, W. Seitz, and D. Kopf, Opt. Lett. 31, 1292 (2006).
[CrossRef]

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Cote, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef]

E. O. Potma, D. J. Jones, J.-X. Cheng, X. S. Xie, and J. Ye, Opt. Lett. 27, 1168 (2002).
[CrossRef]

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

Yang, W.

Ch. W. Freudiger, W. Yang, G. R. Holtom, N. Peyghambarian, X. S. Xie, and K. Q. Kieu, Nat. Photonics 8, 153 (2014).
[CrossRef]

Ye, J.

Zach, A.

Zumbusch, A.

Annu. Rev. Anal. Chem.

C. L. Evans and X. S. Xie, Annu. Rev. Anal. Chem. 1, 883 (2008).
[CrossRef]

Appl. Opt.

Biomed. Opt. Express

Nat. Chem. Biol.

J. P. Pezacki, J. A. Blake, D. C. Danielson, D. C. Kennedy, R. K. Lyn, and R. Singaravelu, Nat. Chem. Biol. 7, 137 (2011).
[CrossRef]

Nat. Photonics

Ch. W. Freudiger, W. Yang, G. R. Holtom, N. Peyghambarian, X. S. Xie, and K. Q. Kieu, Nat. Photonics 8, 153 (2014).
[CrossRef]

Y. Ozeki, W. Umemura, Y. Otsuka, S. Satoh, H. Hashimoto, K. Sumimura, N. Nishizawa, K. Fukui, and K. Itoh, Nat. Photonics 6, 845 (2012).
[CrossRef]

New J. Phys.

P. Nandakumar, A. Kovalev, and A. Volkmer, New J. Phys. 11, 033026 (2009).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Phys. Rev. Lett.

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

Proc. Natl. Acad. Sci. USA

C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Cote, C. P. Lin, and X. S. Xie, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 16807 (2005).
[CrossRef]

Science

Ch. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, Science 322, 1857 (2008).
[CrossRef]

B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Science 330, 1368 (2010).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (5)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) Schematic diagram of the experimental setup used for SRS; DM, dichroic mirror; PD, photodiode; EDFA, erbium-doped fiber amplifier; HNLF, highly nonlinear fiber; AOM, acousto-optic modulator. (b) Architecture of the Tm:fiber amplifier; LMA, large-mode-area fiber.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Optical spectrum and (b) autocorrelation of the pulses at the output of the Tm:fiber amplifier.

Fig. 3.
Fig. 3.

Spectra and corresponding average powers of the tunable pump (green) and Stokes (red) pulses and accessible frequency-detuning interval.

Fig. 4.
Fig. 4.

SRS images of a blend of PS (3 μm) and PMMA (6 μm) beads when probed at their respective Raman resonances of (a)  2953 cm 1 and (b)  3060 cm 1 . (c) and (d) SRS signal intensity from PMMA and PS beads along the dashed lines in (a) and (b), respectively.

Fig. 5.
Fig. 5.

RIN of Stokes (blue) and pump (red) pulse trains. The calculated shot noise limit is 154 dB Hz 1 (1.6-mW power incident onto the detector at 770 nm).

Metrics