فريق جزيرة العلوم يحقق اختراقًا في نقل الألياف الضوئية بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة ذات الطاقة العالية النبضية

في الآونة الأخيرة، أحرزت مجموعة الباحث جيانغ هايخه في معهد الصحة، معهد خفي للعلوم الفيزيائية، الأكاديمية الصينية للعلوم، تقدمًا مهمًا في دراسة نظام نقل الليزر النبضي عالي الطاقة في نطاق الطول الموجي المتوسط ​​للأشعة تحت الحمراء، وحقق صمم 6- ألياف مجوفة ذات بنية مجهرية مضادة للرنين (AR-HCF) بقطر أساسي أكبر يبلغ 78 ميكرومتر، والتي تحقق لأول مرة النقل الفعال لضوء الليزر النبضي عالي الطاقة لنطاق طول موجي 2.79 ميكرومتر في حالة درجة حرارة الغرفة. تم نشر النتائج في مجلة Optical TTG المشهورة عالميًا. تم نشر النتائج في مجلة Optics and Laser Technology، وهي مجلة بصرية معترف بها دوليًا.
تتطلب الأجهزة الطبية الليزرية عادةً قسطرة مرنة لنقل ضوء الليزر إلى المريض، ولكن معظم الأجهزة الطبية الليزرية التقليدية ذات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة تستخدم ذراع توجيه ضوئي لنقل ضوء الليزر. ومع ذلك، فإن طريقة نقل الليزر التقليدية بذراع توجيه الضوء بها العديد من المشكلات، مثل بنية النظام المعقدة، وانخفاض كفاءة الإرسال، ونقص المرونة. يمكن أن يؤدي استخدام نقل الألياف الضوئية إلى حل المشكلات المذكورة أعلاه، ولكن مادة الألياف الضوئية الصلبة الأساسية في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة لعتبة تلف الليزر منخفضة، ولا يمكن أن تلبي الأدوات الطبية بالليزر الإربيوم ذات النطاق 3 ميكرومتر ذات كثافة طاقة عالية من احتياجات دليل الضوء. لذلك، قام فريق البحث بتصميم وفحص هيكل بسيط، وكفاءة نقل اقتران عالية، وعتبة ضرر عالية، ونقل مرن لذراع توجيه الضوء البديل AR-HCF لنقل طاقة الليزر.
استخدم الفريق البنية المجهرية ذات الفتحة 6- AR-HCF المصممة بقطر أساسي كبير يبلغ 78 ميكرومتر لأول مرة لنقل أشعة الليزر النبضية عالية الطاقة بكفاءة في النطاق 2.79 ميكرومتر في درجة حرارة الغرفة. دون الإضرار بالألياف، يبلغ متوسط ​​كفاءة نقل الاقتران في المنطقة بأكملها 77.3%، وتصل أعلى كفاءة نقل اقتران إلى 85% في ظل جودة الشعاع العالي وطاقة الاقتران الصغيرة. إذا تم خصم التوهين الممتص بالهواء في القلب، فإن كفاءة النقل الخاصة بنظام الألياف المنظمة تتجاوز في الواقع 90%. يحقق النظام أقصى إنتاج لطاقة الليزر النبضي يبلغ 11.78 مللي جول، مع عتبة كثافة طاقة مقابلة تبلغ 350 جول/سم2، وهو ما يتجاوز بكثير القيمة المطلوبة لاستئصال الأنسجة الرخوة في الكائنات الحية. في الوقت نفسه، يبلغ الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء لـ AR-HCF 20 سم ويمكن أن تلبي الخسارة المقابلة الاحتياجات السريرية للجراح، كما أن جودة شعاع الليزر عند طرف خرج AR-HCF أفضل من تلك الموجودة في طرف الإدخال ، وهو تحسن جيد.
بالمقارنة مع الألياف الضوئية الحالية المصنوعة من هياكل ومواد أخرى لنقل الطول الموجي 2.79 ميكرومتر، فإن هيكل الفتحة 6- للسيليكا AR-HCF يتمتع بثبات ميكانيكي أقوى، وعتبة ضرر أعلى، وحساسية انحناء أقل ويتفوق في أداء نقل أذرع التوجيه الخفيفة التقليدية. تفتح هذه الدراسة طريقة جديدة لنقل فعال لليزر الطبي ذو الحالة الصلبة 2.79 ميكرومتر Cr,Er:YSGG.

الشكل 1. هيكل المقطع العرضي AR-HCF

الشكل 2. 2.79 ميكرومتر جهاز تجريبي للإرسال المكاني AR-HCF

الشكل 3. خسائر AR-HCF مع أنصاف أقطار الانحناء واتجاهات الانحناء المختلفة