Das Science Island-Team schafft einen Durchbruch bei der Glasfaserübertragung im mittleren Infrarotbereich mit hoher Pulsenergie

Kürzlich hat die Forschergruppe um Jiang Haihe am Institut für Gesundheit des Hefei-Instituts für Physikalische Wissenschaften der Chinesischen Akademie der Wissenschaften wichtige Fortschritte bei der Untersuchung von Hochenergie-Pulslaserübertragungssystemen im mittleren Infrarot-Wellenlängenband erzielt entwarf eine 6--Loch-mikrostrukturierte Antiresonanz-Hohlkernfaser (AR-HCF) mit einem größeren Kerndurchmesser von 78 μm, die erstmals die effiziente Übertragung von hochenergetischem gepulstem Laserlicht im Wellenlängenband von 2,79 μm ermöglicht im Raumtemperaturzustand. Die Ergebnisse wurden im international renommierten Optical TTG veröffentlicht. Die Ergebnisse wurden in Optics and Laser Technology, einem international anerkannten optischen TOP-Journal, veröffentlicht.
Medizinische Lasergeräte erfordern normalerweise einen flexiblen Katheter, um das Laserlicht zum Patienten zu übertragen, aber die meisten herkömmlichen medizinischen Lasergeräte im mittleren Infrarotbereich verwenden einen Lichtführungsarm, um das Laserlicht zu übertragen. Die herkömmliche Laserübertragungsmethode mit Lichtleiterarm weist jedoch viele Probleme auf, wie z. B. eine komplexe Systemstruktur, eine geringe Übertragungseffizienz und mangelnde Flexibilität. Die Verwendung einer optischen Faserübertragung kann die oben genannten Probleme lösen, aber das Material der optischen Faser mit festem Kern im mittleren Infrarotband der Laserschädigungsschwelle ist niedrig und kann die medizinischen Erbiumlaserinstrumente im 3-μm-Band mit hoher Energiedichte nicht erfüllen des Lichtleiterbedarfs. Daher entwarf und untersuchte das Forschungsteam eine einfache Struktur, eine hohe Kopplungsübertragungseffizienz, eine hohe Schadensschwelle und eine flexible Übertragung des alternativen AR-HCF-Lichtleiterarms zur Übertragung von Laserenergie.
Das Team nutzte erstmals die entworfene 6-Loch-Mikrostruktur AR-HCF mit einem großen Kerndurchmesser von 78 μm, um hochenergetische gepulste Laser im 2,79 μm-Band bei Raumtemperatur effizient zu übertragen. Ohne Beschädigung der Faser beträgt die durchschnittliche Kopplungsübertragungseffizienz in der gesamten Region 77,3 %, und die höchste Kopplungsübertragungseffizienz erreicht 85 % bei hoher Strahlqualität und kleiner Kopplungsenergie. Rechnet man die luftabsorbierte Dämpfung im Kern ab, liegt der Übertragungswirkungsgrad des strukturierten Fasersystems tatsächlich bei über 90 %. Das System erreicht eine maximale gepulste Laserenergieabgabe von 11,78 mJ mit einem entsprechenden Energiedichteschwellenwert von 350 J/cm2, was weit über dem Wert liegt, der für die Ablation von Weichgewebe in lebenden Organismen erforderlich ist. Gleichzeitig beträgt der minimale Biegeradius des AR-HCF 20 cm und der entsprechende Verlust kann den klinischen Anforderungen des Chirurgen gerecht werden, und die Laserstrahlqualität am Ausgangsende des AR-HCF ist besser als am Eingangsende , was eine gute Verbesserung ist.
Im Vergleich zu aktuellen optischen Fasern aus anderen Strukturen und Materialien für die Übertragung bei einer Wellenlänge von 2,79 μm weist die 6--Lochstruktur des Siliziumdioxid-AR-HCF eine stärkere mechanische Stabilität, eine höhere Schadensschwelle und eine geringere Biegeempfindlichkeit auf und übertrifft die Übertragung von die herkömmlichen Lichtleiterarme. Diese Studie eröffnet einen neuen Weg für die effiziente Übertragung von medizinischen Festkörperlasern aus Cr,Er:YSGG mit 2,79 μm.

Abbildung 1. AR-HCF-Querschnittsstruktur

Abbildung 2. 2,79 μm AR-HCF-Experimentalgerät zur räumlichen Übertragung

Abbildung 3. Verluste von AR-HCF bei unterschiedlichen Biegeradien und Biegerichtungen