Science Island-teamet slår igennem inden for højpulsenergi mellem-infrarød fiberoptisk transmission

For nylig har gruppen af ​​forskeren Jiang Haihe ved Institute of Health, Hefei Institute of Physical Sciences, Chinese Academy of Sciences, gjort vigtige fremskridt i studiet af højenergi pulserende lasertransmissionssystem i det mellem-infrarøde bølgelængdebånd og har designet en 6-hul mikrostruktureret anti-resonans hulkernefiber (AR-HCF) med en større kernediameter på 78 μm, som for første gang realiserer den effektive transmission af højenergi pulseret laserlys på 2,79 μm bølgelængdebånd i stuetemperatur. Resultaterne er offentliggjort i det internationalt anerkendte Optical TTG. Resultaterne er blevet publiceret i Optics and Laser Technology, et internationalt anerkendt optisk TOP-tidsskrift.
Laser medicinsk udstyr kræver normalt et fleksibelt kateter til at transmittere laserlyset til patienten, men de fleste af de konventionelle mid-infrarøde lasermedicinske enheder bruger en lyslederarm til at transmittere laserlyset. Imidlertid har den traditionelle lyslederarmmetode til lasertransmission mange problemer, såsom kompleks systemstruktur, lav transmissionseffektivitet og mangel på fleksibilitet. Brugen af ​​optisk fibertransmission kan løse ovenstående problemer, men materialet af solid-core optisk fiber i det midterste infrarøde bånd af laserskadetærsklen er lavt og kan ikke opfylde 3μm båndet erbium laser medicinske instrumenter med høj energitæthed af lyslederbehov. Derfor designet og undersøgte forskerholdet en enkel struktur, høj koblingstransmissionseffektivitet, høj skadetærskel og fleksibel transmission af AR-HCF alternativ lyslederarm til at transmittere laserenergi.
Holdet brugte den designede 6-hulmikrostruktur AR-HCF med en stor kernediameter på 78 μm for første gang til effektivt at transmittere højenergi-pulserende lasere i 2,79 μm-båndet ved stuetemperatur. Uden at beskadige fiberen er den gennemsnitlige koblingstransmissionseffektivitet i hele regionen 77,3%, og den højeste koblingstransmissionseffektivitet når 85% under høj strålekvalitet og lille koblingsenergi. Fratrækkes den luftabsorberede dæmpning i kernen, overstiger strukturfibersystemets egen transmissionseffektivitet faktisk 90%. Systemet opnår et maksimalt pulseret laserenergioutput på 11,78 mJ, med en tilsvarende energitæthedstærskel på 350 J/cm2, hvilket langt overstiger den værdi, der kræves for bløddelsablation i levende organismer. Samtidig er den mindste bøjningsradius for AR-HCF 20 cm, og det tilsvarende tab kan opfylde kirurgens kliniske behov, og laserstrålekvaliteten ved outputenden af ​​AR-HCF er bedre end ved inputenden , hvilket er en god forbedring.
Sammenlignet med de nuværende optiske fibre lavet af andre strukturer og materialer til 2,79 μm bølgelængdetransmission, har 6-hulstrukturen af ​​silica AR-HCF stærkere mekanisk stabilitet, højere skadetærskel og lavere bøjningsfølsomhed og overgår transmissionen af de konventionelle lyslederarme. Denne undersøgelse åbner op for en ny måde for effektiv transmission af 2,79 μm Cr,Er:YSGG medicinske solid-state lasere.

Figur 1. AR-HCF tværsnitsstruktur

Figur 2. 2,79 μm AR-HCF rumlig transmission eksperimentel enhed

Figur 3. Tab af AR-HCF med forskellige bøjningsradier og bøjningsretninger