近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院健康所江海河研究員課題組，在中紅外波段高能量脈沖激光傳輸系統研究方面取得重要進(jìn)展，設計了具有78 m較大芯徑的6孔微結構反諧振空芯光纖(AR-HCF)，首次實(shí)現了在室溫條件下高效率傳輸2.79 m波段高能量脈沖激光。相關(guān)成果已在國際知名光學(xué)TOP期刊Optics and Laser Technology上發(fā)表。
激光醫療儀器通常需要通過(guò)一個(gè)靈活的導管將其發(fā)出的激光傳送到患者治療處，但傳統的中紅外激光醫療儀器大多采用的是導光臂傳輸激光。然而，傳統的導光臂傳輸激光方式存在諸多問(wèn)題，如系統結構復雜、傳輸效率低、不夠靈活等。采用光纖傳輸可解決上述問(wèn)題，但實(shí)芯光纖的材料在中紅外波段的激光損傷閾值較低，無(wú)法滿(mǎn)足3 m波段鉺激光醫療器械高能量密度的導光需求。所以，研究團隊設計研究一種結構簡(jiǎn)單、耦合傳輸效率高、損傷閾值大且可柔性傳輸的AR-HCF替代導光臂傳輸激光能量。
該團隊采用設計的具有78 m較大芯徑的6孔微結構AR-HCF，首次在室溫條件下高效率傳輸2.79 m波段高能量脈沖激光。在沒(méi)有損壞光纖的情況下，整個(gè)區域平均耦合傳輸效率為77.3%，在高光束質(zhì)量小耦合能量下最高耦合傳輸效率達到了85%。如果扣除纖芯中空氣吸收衰減，該結構光纖系統的自身傳輸效率實(shí)際上已超過(guò)了90%。該系統實(shí)現了11.78 mJ最大脈沖激光能量輸出，相應的能量密度閾值350J/cm2，遠超過(guò)生物體軟組織消融所需值。同時(shí)，該AR-HCF的最小彎曲半徑為20cm和對應的損耗可滿(mǎn)足外科醫生臨床上的使用需求，并且AR-HCF輸出端的激光光束質(zhì)量較輸入端的更好，得到了較好的改善。
與目前其它結構和材料制成的用于2.79 m波長(cháng)傳輸的光纖相比，此二氧化硅的6孔結構AR-HCF具有更強的機械穩定性、更高的損傷閾值以及更低的彎曲敏感性且優(yōu)于傳統的導光臂傳輸性能。該研究為2.79 m Cr,Er:YSGG醫用固體激光高效率傳輸開(kāi)辟了一種全新的途徑。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2024.110743
圖1. AR-HCF橫截面結構
圖2. 2.79 m AR-HCF空間傳輸實(shí)驗裝置
圖3. 不同彎曲半徑和彎曲方向下AR-HCF的損耗
