צוות אי המדע עושה פריצת דרך בהילוכים סיבים אופטיים בדופק גבוה באמצע אינפרא אדום

לאחרונה, קבוצתו של החוקר Jiang Haihe במכון הבריאות, מכון Hefei למדעי הפיזיקה, האקדמיה הסינית למדעים, עשתה התקדמות חשובה בחקר מערכת שידור לייזר פועם באנרגיה גבוהה ברצועת אורך הגל האינפרא אדום האמצעית, עיצב 6-סיב מיקרו-מובנה נגד תהודה (AR-HCF) עם קוטר ליבה גדול יותר של 78 מיקרומטר, המממש לראשונה שידור יעיל של אור לייזר פועם באנרגיה גבוהה בפס אורך גל של 2.79 מיקרומטר. במצב טמפרטורת החדר. התוצאות פורסמו ב- Optical TTG בעל שם בינלאומי. התוצאות פורסמו ב-Optics and Laser Technology, כתב עת אופטי TOP מוכר בינלאומי.
מכשירים רפואיים בלייזר דורשים בדרך כלל צנתר גמיש כדי להעביר את אור הלייזר למטופל, אך רוב המכשירים הרפואיים האמצעיים של אינפרא אדום בלייזר משתמשים בזרוע מנחה אור כדי להעביר את אור הלייזר. עם זאת, לשיטת זרוע מנחה האור המסורתית של שידור לייזר יש בעיות רבות, כגון מבנה מערכת מורכב, יעילות שידור נמוכה וחוסר גמישות. השימוש בהעברת סיבים אופטיים יכול לפתור את הבעיות שלעיל, אך החומר של סיב אופטי מוצק בפס האינפרא אדום האמצעי של סף נזקי הלייזר הוא נמוך, ואינו יכול לעמוד במכשירים רפואיים של לייזר ארביום בפס 3μm עם צפיפות אנרגיה גבוהה של צרכי מנחה אור. לכן, צוות המחקר תכנן וחקר מבנה פשוט, יעילות העברת צימוד גבוהה, סף נזק גבוה ושידור גמיש של זרוע מנחה אור חלופית AR-HCF להעברת אנרגיית לייזר.
הצוות השתמש ב-6-מיקרו-מבנה החור המתוכנן AR-HCF עם קוטר ליבה גדול של 78 מיקרומטר בפעם הראשונה כדי לשדר ביעילות לייזרים פולסים בעלי אנרגיה גבוהה בפס 2.79 מיקרומטר בטמפרטורת החדר. מבלי לפגוע בסיב, יעילות העברת הצימוד הממוצעת בכל האזור היא 77.3%, ויעילות הולכת הצימוד הגבוהה ביותר מגיעה ל-85% תחת איכות קרן גבוהה ואנרגיית צימוד קטנה. אם מנכים את ההנחתה הנספגת באוויר בליבה, יעילות ההולכה של מערכת הסיבים המובנים עצמה עולה על 90%. המערכת משיגה תפוקת אנרגית לייזר פועם מקסימלית של 11.78 mJ, עם סף צפיפות אנרגיה תואם של 350 J/cm2, החורג בהרבה מהערך הנדרש לאבלציה של רקמות רכות באורגניזמים חיים. יחד עם זאת, רדיוס הכיפוף המינימלי של ה-AR-HCF הוא 20 ס"מ וההפסד המתאים יכול לענות על הצרכים הקליניים של המנתח, ואיכות קרן הלייזר בקצה הפלט של ה-AR-HCF טובה יותר מזו שבקצה הקלט. , וזה שיפור טוב.
בהשוואה לסיבים האופטיים הנוכחיים העשויים ממבנים וחומרים אחרים עבור שידור באורך גל של 2.79 מיקרומטר, למבנה החור 6- של הסיליקה AR-HCF יש יציבות מכנית חזקה יותר, סף נזק גבוה יותר ורגישות כיפוף נמוכה יותר, והוא עולה על התמסורת של זרועות מוביל האור הקונבנציונליות. מחקר זה פותח דרך חדשה לשידור יעיל של 2.79 מיקרומטר Cr,Er:YSGG לייזרים רפואיים במצב מוצק.

איור 1. מבנה חתך AR-HCF

איור 2. מכשיר ניסיוני של 2.79 מיקרומטר AR-HCF שידור מרחבי

איור 3. הפסדים של AR-HCF עם רדיוסי כיפוף וכיווני כיפוף שונים