Science Island チームが高パルスエネルギーの中赤外線光ファイバー伝送で画期的な進歩を遂げる

最近、中国科学院合肥物理科学研究所衛生研究所の江海河研究員のグループは、中赤外波長帯の高エネルギーパルスレーザー伝送システムの研究で重要な進歩を遂げ、は、78 μm という大きなコア直径を備えた 6- ホール微細構造反共振中空コア ファイバ (AR-HCF) を設計しました。これにより、波長 2.79 μm 帯域の高エネルギー パルス レーザー光の効率的な伝送が初めて実現されました。室温状態で。 結果は、国際的に有名な Optical TTG に掲載されました。 この結果は、国際的に認められた光学トップジャーナルである Optics and Laser Technology に掲載されました。
レーザー医療機器は通常、レーザー光を患者に伝達するために柔軟なカテーテルを必要としますが、従来の中赤外レーザー医療機器のほとんどはレーザー光の伝達にライトガイドアームを使用しています。 しかし、従来のライトガイドアームによるレーザー伝送方式は、システム構造が複雑、伝送効率が低い、柔軟性に欠けるなど多くの問題を抱えていました。 光ファイバー伝送を利用すれば上記の問題は解決できますが、レーザー損傷閾値の中赤外域におけるソリッドコア光ファイバーの材質は低く、エネルギー密度の高い3μm帯のエルビウムレーザー医療機器には対応できません。ライトガイドのニーズに応えます。 そこで研究チームは、レーザーエネルギーを伝送するAR-HCF代替ライトガイドアームのシンプルな構造、高い結合伝送効率、高い損傷閾値、柔軟な伝送を設計・研究した。
研究チームは、78 μm という大きなコア直径を持つ設計された 6- ホール微細構造 AR-HCF を初めて使用して、室温で 2.79 μm 帯の高エネルギーパルスレーザーを効率的に送信しました。 ファイバに損傷を与えることなく、全領域の平均結合伝送効率は 77.3% であり、高いビーム品質と小さな結合エネルギーの下で最高の結合伝送効率は 85% に達します。 コア内の空気吸収による減衰を差し引くと、構造化ファイバー システム自体の伝送効率は実際に 90% を超えます。 このシステムは、11.78 mJ の最大パルス レーザー エネルギー出力を達成し、対応するエネルギー密度閾値は 350 J/cm2 で、これは生体の軟組織アブレーションに必要な値をはるかに超えています。 同時に、AR-HCFの最小曲げ半径は20cmで、対応する損失は外科医の臨床ニーズを満たすことができ、AR-HCFの出力端でのレーザービームの品質は入力端でのレーザービームの品質よりも優れています。これは良い改善です。
2.79 μm 波長伝送用の他の構造および材料で作られた現在の光ファイバーと比較して、シリカ AR-HCF の 6- 穴構造は、より強力な機械的安定性、より高い損傷閾値、より低い曲げ感度を備えており、2.79 μm 波長伝送の伝送性能を上回ります。従来のライトガイドアーム。 この研究は、2.79 μm Cr,Er:YSGG 医療用固体レーザーの効率的な伝送のための新しい方法を切り開きます。

図1 AR-HCFの断面構造

図2. 2.79μm AR-HCF空間伝送実験装置

図 3. 曲げ半径と曲げ方向が異なる場合の AR-HCF の損失