Het Science Island-team maakt doorbraak in mid-infrarood glasvezeltransmissie met hoge pulsenergie

Onlangs heeft de groep van onderzoeker Jiang Haihe van het Institute of Health, Hefei Institute of Physical Sciences, Chinese Academy of Sciences, belangrijke vooruitgang geboekt in de studie van hoogenergetische gepulseerde lasertransmissiesystemen in de midden-infrarode golflengteband, en heeft ontwierp een 6-microgestructureerde anti-resonantie holle kernvezel (AR-HCF) met een grotere kerndiameter van 78 μm, die voor het eerst de efficiënte transmissie van hoogenergetisch gepulseerd laserlicht met een golflengteband van 2,79 μm realiseert bij kamertemperatuur. De resultaten zijn gepubliceerd in het internationaal gerenommeerde Optical TTG. De resultaten zijn gepubliceerd in Optics and Laser Technology, een internationaal erkend optisch TOP-tijdschrift.
Medische laserapparaten vereisen gewoonlijk een flexibele katheter om het laserlicht naar de patiënt over te brengen, maar de meeste conventionele medische midden-infraroodlaserapparaten gebruiken een lichtgeleidingsarm om het laserlicht door te geven. De traditionele lasertransmissiemethode met lichtgeleiderarm kent echter veel problemen, zoals een complexe systeemstructuur, lage transmissie-efficiëntie en een gebrek aan flexibiliteit. Het gebruik van optische vezeltransmissie kan de bovenstaande problemen oplossen, maar het materiaal van optische vezel met vaste kern in de midden-infraroodband van de laserschadedrempel is laag en kan niet voldoen aan de 3 μm-band erbium laser-medische instrumenten met hoge energiedichtheid van lichtgeleiderbehoeften. Daarom ontwierp en onderzocht het onderzoeksteam een ​​eenvoudige structuur, een hoge transmissie-efficiëntie van de koppeling, een hoge schadedrempel en een flexibele transmissie van de alternatieve AR-HCF-lichtgeleidingsarm om laserenergie over te brengen.
Het team gebruikte voor het eerst de ontworpen 6-gatenmicrostructuur AR-HCF met een grote kerndiameter van 78 μm om hoogenergetische gepulseerde lasers in de 2,79 μm-band bij kamertemperatuur efficiënt over te brengen. Zonder de vezel te beschadigen bedraagt ​​de gemiddelde transmissie-efficiëntie van de koppeling in de hele regio 77,3%, en de hoogste transmissie-efficiëntie van de koppeling bereikt 85% bij hoge bundelkwaliteit en kleine koppelingsenergie. Als de door lucht geabsorbeerde verzwakking in de kern wordt afgetrokken, bedraagt ​​de transmissie-efficiëntie van het gestructureerde vezelsysteem feitelijk meer dan 90%. Het systeem bereikt een maximale gepulseerde laserenergie-output van 11,78 mJ, met een overeenkomstige energiedichtheidsdrempel van 350 J/cm2, wat ruimschoots de waarde overschrijdt die nodig is voor ablatie van zacht weefsel in levende organismen. Tegelijkertijd is de minimale buigradius van de AR-HCF 20 cm en kan het overeenkomstige verlies voldoen aan de klinische behoeften van de chirurg, en is de kwaliteit van de laserstraal aan de outputkant van de AR-HCF beter dan die aan de inputkant , wat een goede verbetering is.
Vergeleken met de huidige optische vezels gemaakt van andere structuren en materialen voor transmissie met een golflengte van 2,79 μm, heeft de 6-gatenstructuur van de silica AR-HCF een sterkere mechanische stabiliteit, een hogere schadedrempel en een lagere buiggevoeligheid en presteert beter dan de transmissie van de conventionele lichtgeleidingsarmen. Deze studie opent een nieuwe manier voor efficiënte transmissie van 2,79 μm Cr,Er:YSGG medische vastestoflasers.

Figuur 1. AR-HCF-dwarsdoorsnedestructuur

Figuur 2. 2,79 μm AR-HCF experimenteel apparaat voor ruimtelijke transmissie

Figuur 3. Verliezen van AR-HCF met verschillende buigradii en buigrichtingen