Il team di Science Island fa una svolta nella trasmissione in fibra ottica nel medio infrarosso ad alta energia a impulsi

Recentemente, il gruppo di ricercatori Jiang Haihe presso l'Istituto di Salute, Istituto di Scienze Fisiche Hefei, Accademia Cinese delle Scienze, ha compiuto importanti progressi nello studio del sistema di trasmissione laser pulsato ad alta energia nella banda della lunghezza d'onda del medio infrarosso, e ha ha progettato una fibra a nucleo cavo antirisonanza microstrutturata con 6-fori (AR-HCF) con un diametro del nucleo maggiore di 78 μm, che per la prima volta realizza la trasmissione efficiente della luce laser pulsata ad alta energia con una banda di lunghezza d'onda di 2,79 μm nella condizione di temperatura ambiente. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Optical TTG, rinomata a livello internazionale. I risultati sono stati pubblicati su Optics and Laser Technology, una rivista TOP ottica riconosciuta a livello internazionale.
I dispositivi medici laser di solito richiedono un catetere flessibile per trasmettere la luce laser al paziente, ma la maggior parte dei dispositivi medici laser nel medio infrarosso convenzionali utilizzano un braccio di guida della luce per trasmettere la luce laser. Tuttavia, il tradizionale metodo di trasmissione laser con braccio a guida luminosa presenta molti problemi, come la struttura complessa del sistema, la bassa efficienza di trasmissione e la mancanza di flessibilità. L'uso della trasmissione in fibra ottica può risolvere i problemi di cui sopra, ma il materiale della fibra ottica a nucleo solido nella banda del medio infrarosso della soglia di danno del laser è basso e non può soddisfare gli strumenti medici laser ad erbio con banda da 3μm ad alta densità di energia delle esigenze della guida luminosa. Pertanto, il gruppo di ricerca ha progettato e studiato una struttura semplice, un'elevata efficienza di trasmissione dell'accoppiamento, un'elevata soglia di danno e una trasmissione flessibile del braccio di guida della luce alternativo AR-HCF per trasmettere l'energia laser.
Il team ha utilizzato per la prima volta la microstruttura AR-HCF a 6-fori progettata con un ampio diametro del nucleo di 78 μm per trasmettere in modo efficiente laser pulsati ad alta energia nella banda di 2,79 μm a temperatura ambiente. Senza danneggiare la fibra, l'efficienza media di trasmissione dell'accoppiamento nell'intera regione è del 77,3% e l'efficienza di trasmissione dell'accoppiamento più alta raggiunge l'85% con qualità del fascio abbagliante e piccola energia di accoppiamento. Se si esclude l'attenuazione assorbita dall'aria nel nucleo, l'efficienza di trasmissione propria del sistema in fibra strutturata supera effettivamente il 90%. Il sistema raggiunge un'emissione massima di energia laser pulsata di 11,78 mJ, con una corrispondente soglia di densità di energia di 350 J/cm2, che supera di gran lunga il valore richiesto per l'ablazione dei tessuti molli negli organismi viventi. Allo stesso tempo, il raggio di curvatura minimo dell'AR-HCF è di 20 cm e la perdita corrispondente può soddisfare le esigenze cliniche del chirurgo e la qualità del raggio laser all'estremità di uscita dell'AR-HCF è migliore di quella all'estremità di ingresso , il che è un buon miglioramento.
Rispetto alle attuali fibre ottiche costituite da altre strutture e materiali per la trasmissione con lunghezza d'onda di 2,79 μm, la struttura a 6-fori dell'AR-HCF in silice ha una maggiore stabilità meccanica, una soglia di danno più elevata e una sensibilità alla flessione inferiore e supera la trasmissione di i tradizionali bracci di guida della luce. Questo studio apre una nuova strada per la trasmissione efficiente dei laser medici a stato solido da 2,79 μm Cr, Er:YSGG.

Figura 1. Struttura della sezione trasversale AR-HCF

Figura 2. Dispositivo sperimentale di trasmissione spaziale AR-HCF da 2,79 μm

Figura 3. Perdite di AR-HCF con diversi raggi di curvatura e direzioni di curvatura