Science Island -tiimi tekee läpimurron korkean pulssienergian keski-infrapunakuituoptisessa lähetyksessä

Äskettäin Kiinan tiedeakatemian Hefein fysikaalisten tieteiden instituutin terveysinstituutin tutkijaryhmä Jiang Haihe on edistynyt merkittävästi korkean energian pulssilaserlähetysjärjestelmän tutkimuksessa keski-infrapuna-aallonpituuskaistalla. Suunnitteli 6-reiän mikrorakenteisen anti-resonanssin ontto ydinkuidun (AR-HCF), jonka ytimen halkaisija on suurempi, 78 μm. huoneenlämpöisessä tilassa. Tulokset on julkaistu kansainvälisesti tunnetussa Optical TTG:ssä. Tulokset on julkaistu Optics and Laser Technology -lehdessä, kansainvälisesti tunnustetussa optiikan TOP-lehdessä.
Laserlääketieteelliset laitteet vaativat yleensä joustavan katetrin laservalon siirtämiseksi potilaaseen, mutta useimmat tavanomaiset keski-infrapunalaserlääketieteelliset laitteet käyttävät valonohjainvartta laservalon välittämiseen. Perinteisessä laserlähetysmenetelmässä on kuitenkin monia ongelmia, kuten monimutkainen järjestelmärakenne, alhainen lähetystehokkuus ja joustavuuden puute. Optisen kuidun siirron käyttö voi ratkaista yllä mainitut ongelmat, mutta kiinteän ytimen optisen kuidun materiaali laservauriokynnyksen keski-infrapunakaistalla on alhainen, eikä se täytä 3 μm:n kaistan erbiumlaser-lääketieteellisiä instrumentteja, joilla on korkea energiatiheys valooppaan tarpeista. Siksi tutkimusryhmä suunnitteli ja tutki yksinkertaisen rakenteen, korkean kytkimen siirtotehokkuuden, korkean vauriokynnyksen ja joustavan AR-HCF-valonohjainvarren siirron laserenergian siirtämiseksi.
Ryhmä käytti ensimmäistä kertaa suunniteltua 6-reikämikrorakennetta AR-HCF, jonka sydämen halkaisija oli suuri, 78 μm, siirtääkseen tehokkaasti korkean energian pulssilasereita 2,79 μm:n kaistalla huoneenlämpötilassa. Kuitua vahingoittamatta keskimääräinen kytkentätehokkuus koko alueella on 77,3 % ja korkein kytkimen siirtoteho on 85 % korkealla säteen laadulla ja pienellä kytkentäenergialla. Jos ilman imeytynyt vaimennus ytimessä vähennetään, strukturoidun kuitujärjestelmän oma siirtotehokkuus ylittää 90 %. Järjestelmä saavuttaa 11,78 mJ:n maksimipulssilaserenergian ja vastaavan energiatiheyden kynnysarvon 350 J/cm2, mikä ylittää huomattavasti elävien organismien pehmytkudosten ablaatioon vaadittavan arvon. Samanaikaisesti AR-HCF:n pienin taivutussäde on 20 cm ja vastaava häviö voi täyttää kirurgin kliiniset tarpeet, ja lasersäteen laatu AR-HCF:n lähtöpäässä on parempi kuin tulopäässä. , mikä on hyvä parannus.
Verrattuna nykyisiin optisiin kuituihin, jotka on valmistettu muista rakenteista ja materiaaleista 2,79 μm:n aallonpituuden siirtoon, piidioksidin AR-HCF:n 6-reikärakenteella on vahvempi mekaaninen stabiilisuus, korkeampi vauriokynnys ja pienempi taivutusherkkyys ja se on parempi perinteiset valonohjainvarret. Tämä tutkimus avaa uuden tavan 2,79 μm:n Cr,Er:YSGG lääketieteellisten solid-state-laserien tehokkaaseen siirtoon.

Kuva 1. AR-HCF poikkileikkausrakenne

Kuva 2. 2,79 μm AR-HCF spatiaalisen siirron kokeellinen laite

Kuva 3. AR-HCF:n häviöt erilaisilla taivutussäteillä ja -suunnailla