Разработка импульсного гольмиевого лазера для использования в хирургии Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ВКВО-2019- Стендовые

РАЗРАБОТКА ИМПУЛЬСНОГО ГОЛЬМИЕВОГО ЛАЗЕРА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ХИРУРГИИ

Селезнев Д.А.1,2, Ременникова М.В. 2'3, Кашина Р.Р. 1,4, Рыбалтовский А.А. 5,

Рогожников П.Ю. 1

1ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания», г. Пермь 2 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь

3 Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, г. Пермь 4 Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь 5 Институт радиотехники и электроники РАН, Фрязино

*E-mail: vex20092009@yandex.ru

DOI 10.24411/2308-6920-2019-16202

Гольмиевые волоконные лазеры представляют большой интерес для медицины, поскольку генерируемое ими излучение с длиной волны ~ 2 мкм хорошо поглощается водой и биотканями, а также безопасно для глаз [1]. Преимущество волоконных перед твердотельными лазерами заключается в простоте и надежности архитектуры. Волоконные лазеры гораздо компактнее, не требуют юстировки оптических элементов и поэтому они могут быть легко перемещены без риска ухудшения выходных параметров. Кроме того, в отличие от твердотельных, волоконные лазеры не требуют отдельного водяного охлаждения и потребляют гораздо меньше энергии [2].

Представленный в настоящей работе гольмиевый лазер излучал на длине волны 2050 нм и работал при этом в импульсном режиме генерации. Принципиальная схема этого лазера показана на рис.1. Данный лазер состоял из трёх взаимосвязанных узлов: диодной накачки с длиной волны 976 нм, волоконного иттербиевого лазера с длиной волны генерации 1125 нм и выходного каскада для генерации излучения 2050 нм, реализованного на отрезке гольмиевого волокна.

Рис. 1. Схема гольмиевого волоконного импульсного лазера

Источником накачки иттербиевого лазера выступал лазерный диод марки BWT, генерирующий излучение на длине волны 976 нм с максимальной мощностью 25,5 Вт. В качестве источника накачки гольмиевого световода был использован иттербиевый лазер с длиной волны генерации 1125 нм и дифференциальной эффективностью 18 %. Резонатор иттербиевого лазера был сформирован двухэлементным иттербиевым волокном и двумя волоконными брэгговскими решетками (ВБР), имеющих максимумы отражения на длине волны 1125 нм, и коэффициенты отражения 99,9 % и 25 % соответственно. Для генерации двухмикронного излучения использовался резонатор, образованный отрезком гольмиевого световода, одной ВБР на 2050 нм с коэффициентом отражения 99 %, а вместо выходной ВБР использовалось отражение от торца волокна, равное по величине 4 % [3]. Для реализации импульсного режима использовался пассивный оптический затвор. Он представляет собой гольмиевое волокно Но-2 производства ПАО «ПНППК» и две высоко отражающие ВБР на 2050 нм.

В качестве активной среды гольмиевого лазера использовалось волокно Но-1, также производства ПАО «ПНППК», эффективная длина активного волокна, исходя из формулы, составила 6 м.

и =

р->

386

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

х

ВКВО-2019 Стендовые

где 1 - длина волокна, на котором снимался спектр, — - остаточная оптическая мощность от накачки,

х - оптические потери на длине волны 2050 нм.

В ходе проведения исследований удалось получить устойчивый импульсный режим генерации с характерным временным спектром, представленным на рис. 2.

Рис. 2. Импульсный режим гольмиевого лазера

Период следования импульсов составил 40 мкс (соответствует частоте повторения импульсов -25 кГц), при этом ширина каждого отдельно взятого импульса составила 180 нс. Пиковая мощность данного лазера, измеренная на длине волны 2050 нм при мощности диода накачки 4,5 Вт, оказалась равна 44,4 Вт. Данный лазер обладает более высокой эффективностью, по сравнению со своими аналогами [4].

Продемонстрированные выходные характеристики лазера открывают хорошие перспективы для его будущего применения в хирургии, в особенности - методах, базирующихся на облучении жидких сред в организме человека (удаление камней в мочевом пузыре, почках, удаление злокачественных опухолей в печени). Поэтому следующим этапом исследований станут испытания лазера на живой биоткани и моделирование воздействия данного излучения на биоткани.

Литература

1. Филатова С.А., Волоконные лазеры двухмикронного диапазона для медицинского применения, Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, 161 (2019)

2. Филатова С.А., Цветков В.Б., Курков А.С., Импульсный гольмиевый волоконный лазер с длиной волны излучения 2,1 мкм для медицинского применения, Прикладная фотоника, 130-139 (2014)

3. Буряк В.П., Полимерные оптические волокна, №05, 16-24 (2007)

4. Merseburger A.S., Lasers and laser technologies, 21-27 (2011)

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019»

www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 387