Екипът на Science Island прави пробив в предаването на оптични влакна със средна инфрачервена енергия с висока импулсна енергия

Наскоро групата на изследователя Jiang Haihe от Института по здравеопазване, Hefei Institute of Physical Sciences, Китайската академия на науките, постигна важен напредък в изследването на високоенергийна импулсна лазерна трансмисионна система в средния инфрачервен диапазон на дължина на вълната и проектира 6-микроструктурирано антирезонансно влакно с куха сърцевина (AR-HCF) с по-голям диаметър на сърцевината от 78 μm, което за първи път реализира ефективното предаване на високоенергийна импулсна лазерна светлина с дължина на вълната от 2,79 μm в условия на стайна температура. Резултатите са публикувани в международно известния Optical TTG. Резултатите са публикувани в Optics and Laser Technology, международно признато оптично ТОП списание.
Лазерните медицински устройства обикновено изискват гъвкав катетър за предаване на лазерната светлина към пациента, но повечето от конвенционалните лазерни медицински устройства със среден инфрачервен диапазон използват рамо за насочване на светлина за предаване на лазерната светлина. Въпреки това, традиционният метод на световодно рамо за лазерно предаване има много проблеми, като сложна системна структура, ниска ефективност на предаване и липса на гъвкавост. Използването на предаване на оптични влакна може да реши горните проблеми, но материалът на оптичното влакно с твърда сърцевина в средната инфрачервена лента на прага на увреждане на лазера е нисък и не може да отговори на 3μm лентата на ербиевите лазерни медицински инструменти с висока енергийна плътност на нуждите от световоди. Поради това изследователският екип проектира и изследва проста структура, висока ефективност на предаване на свързване, висок праг на повреда и гъвкаво предаване на AR-HCF алтернативно рамо за световод за предаване на лазерна енергия.
Екипът използва проектираната 6-микроструктура с дупки AR-HCF с голям диаметър на сърцевината от 78 μm за първи път за ефективно предаване на високоенергийни импулсни лазери в лентата от 2,79 μm при стайна температура. Без да се повреди влакното, средната ефективност на предаване на свързване в целия регион е 77,3%, а най-високата ефективност на предаване на свързване достига 85% при високо качество на лъча и малка енергия на свързване. Ако се приспадне абсорбираното от въздуха затихване в сърцевината, собствената ефективност на предаване на системата от структурирани влакна всъщност надхвърля 90%. Системата постига максимална импулсна изходна лазерна енергия от 11,78 mJ, със съответния праг на енергийна плътност от 350 J/cm2, което далеч надвишава стойността, необходима за аблация на меки тъкани в живи организми. В същото време минималният радиус на огъване на AR-HCF е 20 cm и съответната загуба може да отговори на клиничните нужди на хирурга, а качеството на лазерния лъч в изходния край на AR-HCF е по-добро от това във входния край , което е добро подобрение.
В сравнение с настоящите оптични влакна, направени от други структури и материали за предаване на дължина на вълната от 2,79 μm, 6-структурата на дупките на силициев диоксид AR-HCF има по-силна механична стабилност, по-висок праг на повреда и по-ниска чувствителност на огъване и превъзхожда предаването на конвенционалните световодни рамена. Това проучване открива нов начин за ефективно предаване на 2,79 μm Cr,Er:YSGG медицински твърдотелни лазери.

Фигура 1. Структура на напречното сечение на AR-HCF

Фигура 2. 2,79 μm AR-HCF експериментално устройство за пространствено предаване

Фигура 3. Загуби на AR-HCF с различни радиуси на огъване и посоки на огъване