사이언스 아일랜드 팀, 고펄스 에너지 중적외선 광섬유 전송 분야에서 획기적인 발전

최근 중국과학원 허페이 물리과학원 보건연구소 장 하이허(Jiang Haihe) 연구원 그룹은 중적외선 파장 대역의 고에너지 펄스 레이저 전송 시스템 연구에서 중요한 진전을 이루었습니다. 코어 직경이 78μm로 더 큰 6-구멍 미세 구조 반공진 중공 코어 섬유(AR-HCF)를 최초로 설계하여 파장 대역 2.79μm의 고에너지 펄스 레이저 광의 효율적인 전송을 실현했습니다. 실온 상태에서. 이번 연구 결과는 국제적으로 유명한 Optical TTG지에 게재되었습니다. 이번 연구 결과는 국제적으로 인정받는 광학 TOP 저널인 Optics and Laser Technology에 게재되었습니다.
레이저 의료기기는 일반적으로 환자에게 레이저 광을 전달하기 위해 유연한 카테터가 필요하지만, 기존의 중적외선 레이저 의료기기는 레이저 광을 전달하기 위해 도광암을 사용하는 경우가 대부분이다. 그러나 전통적인 도광암 방식의 레이저 전송 방식은 시스템 구조가 복잡하고 전송 효율이 낮으며 유연성이 부족하다는 문제가 많다. 광섬유 전송을 사용하면 위의 문제를 해결할 수 있지만 중적외선 대역의 레이저 손상 임계값이 낮은 고체 코어 광섬유 소재는 에너지 밀도가 높은 3μm 대역 에르븀 레이저 의료 기기를 충족할 수 없습니다. 라이트 가이드가 필요합니다. 이에 연구팀은 레이저 에너지를 전달하기 위한 AR-HCF 대체 도광암의 간단한 구조, 높은 결합 전달 효율, 높은 손상 임계값 및 유연한 전달을 설계하고 조사했습니다.
연구팀은 실온에서 2.79μm 대역의 고에너지 펄스 레이저를 효율적으로 전송하기 위해 최초로 코어 직경이 78μm로 설계된 6-홀 미세구조 AR-HCF를 사용했습니다. 광섬유를 손상시키지 않고 전체 영역의 평균 결합 전송 효율은 77.3%이며, 높은 빔 품질과 작은 결합 에너지에서 가장 높은 결합 전송 효율은 85%에 도달합니다. 코어의 공기 흡수 감쇠를 빼면 구조화된 광섬유 시스템 자체의 전송 효율은 실제로 90%를 초과합니다. 이 시스템은 11.78mJ의 최대 펄스 레이저 에너지 출력을 달성하며 해당 에너지 밀도 임계값은 350J/cm2입니다. 이는 살아있는 유기체의 연조직 절제에 필요한 값을 훨씬 초과합니다. 동시에 AR-HCF의 최소 굽힘 반경은 20cm이며 해당 손실은 외과 의사의 임상 요구를 충족할 수 있으며 AR-HCF 출력 끝의 레이저 빔 품질은 입력 끝의 레이저 빔 품질보다 좋습니다. , 이는 좋은 개선입니다.
2.79μm 파장 전송을 위한 다른 구조 및 재료로 만들어진 현재 광섬유와 비교하여 실리카 AR-HCF의 6- 홀 구조는 더 강한 기계적 안정성, 더 높은 손상 임계값 및 더 낮은 굽힘 감도를 가지며 전송 성능이 뛰어납니다. 기존의 라이트 가이드 암. 이 연구는 2.79μm Cr,Er:YSGG 의료용 고체 레이저의 효율적인 전송을 위한 새로운 방법을 열었습니다.

그림 1. AR-HCF 단면 구조

그림 2. 2.79μm AR-HCF 공간전송 실험장치

그림 3. 굽힘 반경과 굽힘 방향에 따른 AR-HCF의 손실