CC BY
28ВКВО-2019- Стендовые
СВЕТОВОДЫ И СЕНСОРЫ НА ОСНОВЕ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ВОЛОКОННЫХ ЖГУТОВ ДЛЯ БИОМЕДИЦИНЫ И НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Зубов Б.В.1, Даниелян Г.Л.1, Чевокин В.К.1, Подвязников В.А.1, Шилов И.П.2,
Кочмарев Л.П.2, Савосин С.В.2
1 Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, г. Москва 2 ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, г. Фрязино * E-mail: gldan@yandex.ru, gldan@nsc.gpi.ru
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16170
Создание волоконных световодов различного типа для лазерных систем, ориентированных на применение в области биомедицины и в научных исследованиях привело к развитию новых направлений. Наибольшее место на рынке завоевали устройства и сенсоры с применением многоканальных световодов и жгутов [1].
В отделе лазерной физики ЦЕНИ ИОФ РАН, разработаны различные устройства с применением многоканальных волоконно-оптических жгутов (МВОЖ). С появлением мощных светодиодов (PLED) и при использовании асферической оптики и дихроичных зеркал стал возможным эффективный ввод излучения в оптические волокна и МВОЖ. Осветитель, разработанный в ИОФ РАН для биомедицинских исследований и терапии, обеспечивает ввод трех длин волн в световод [2]. Другое направление - создание осветителей на основе сочетания лазеров и МВОЖ. На рис.2 представлен созданный лазерный аппарат с суммарной мощностью более 200 мВт и тремя длинами волн, сведёнными в один оптоволоконный выход с апертурным диаметром 200мкм.
Рис. 1. Аппарат на основе PLED с МВОЖ на 3 канала Рис.2 Лазерный аппарат RGB/445/520/650nm(Ps=2W)
Разработан эффективный метод оценки основных характеристик расчёта многоканальных жгутов (МВОЖ), использующий простую модель аппроксимации излучающих (И) и приемных(П) апертур каналов многомодовых волокон заданным количеством одиночных световых лучей заполняющих заданную произвольно числовую апертуру волокон. Программа MFOBv.3.3 для оценки интенсивности передачи излучения Ь[%] от И каналов/волокон к П каналам /волокнам как функция дистанции Z - расстояния от торца МВОЖ до зеркальной поверхности может моделировать любые гексагональные укладки с количеством волокон от 2х до 631 [3].
—50jjm
— ЮОцт
— 200vim
Z[mm]
0 0,2 0,4 0.6 0.8 1 1,2 1,4 1,6
Рис. 3а,б,с Влияние параметров волокон на характеристику МВОЖ 1И+6П зонда рефлексного отражения ^р/] от основных параметров волокон: а) влияние диаметра сердцевины волокон; б) влияние утолщения оболочки волокна для МВОЖ1И+6П с сердцевиной 200мкм; с) влияние числовой апертуры NA на характеристику для МВОЖ 1И+6П волокон 200/245 мкм
326 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
ВКВ0-2019 Стендовые
Рефлексные зонды типа МВОЖ 1И+6П , МВОЖ 7И+12П с использованием металлопокрытий многомодовых волокон (разработка НЦВО РАН) были успешно применены для разработанного совместно с ФИРЭ РАН устройства для экспресс-исследований спектрально-люминесцентных свойств металлокомплексов порфиринов (рис.4) [4,5].
Рис. 4 Схема устройства для экспресс оценки флуоресцентных характеристик металлокомплексов порфиринов. 1-блок управления PLED 390nm, 2-PLED (300mW), 3- образец биоткани, 4- сканирующая платформа, 5-микрподвижка наведения фокуса объектива, 6 -объектив с оптическим фильтром, 7- волоконный зонд, 8- мини спектрометр с волоконным входом, 9- ПК с системой программного обеспечения FSDSoft v. 6/3
Обнаружено, что высокий уровень флюоресценции на длинах волн 500-1 ЮОнм (при возбуждении длиной волны 390-400нм) обеспечивается при концентрациях в диапазоне 10 -4 - 10 -6М и таким образом показана возможность диагностики клеток, накапливающих металлокомплексы порфиринов (на основе иттербия, платины).
Применение МВОЖ для физических исследований открывает совершенно новый симбиоз сенсорных устройств. Эффективным примером применения является сенсорная камера, разработанная в отделе лазерной физики ЦЕНИ ИОФ РАН [5].
Предложен метод фото хронографической регистрации импульсного излучения объекта одновременно в нескольких точках, оптическими волокнами. В системе электронно-оптическая камера с линейной разверткой соединена и МВОЖ оптоволоконного жгута из девяти волокон. Разрешение по времени составляет 250 пс, а по торцу фотокатода - до 8-10 мм.
Рис. 5 Схема высокоскоростной камеры с МВОЖ9:1-узел стыковки камеры с МВОЖ9, 2-ЭОП, 3-волоконный диск фотокатода, 4- микроканальная пластина, 5- усилитель яркости изображения, 6-камера экспресс оценки , 7-линия задержки запуска, 8- импульсные генераторы синхронизации, 9-ПК с программой регистрации изображения, 10 - 9 оптических коннекторов свободных концов МВОЖ9
Полученные результаты показали, что система удобна в эксплуатации и позволяет одновременно наблюдать динамику развития процессов излучения в различных точках исследуемого объекта (например процесса возникновения и генерации излучения на п/п структурах и в кристаллах), а также использовать один или несколько волоконных каналов для спектральных измерений. Работа выполнена по теме 2019г. ИОФ РАН «Применение лазеров в физических экспериментах» (п.8. Лазерные технологии дистанционной диагностики физических параметров; п.9 Лазерная сенсорика).
Литература
1. Danielyan G. Multichannel Fiber Optic Bundles and Sensors for Biomedical Applications- Proc. SPIE v.5566, pp198-203(2002)
2. Зубов Б.В., Пашинин А.Д. ,ЖидковаМ.Б. Описание полезной модели к патенту RU№ 38565U1 Устройство для световой терапии, БИ (2004)
3. Явелов И.С., Каплунов С.М., Даниелян Г.Л. ,книга «Волоконно-оптические измерительные системы», М-Ижевск, 304с, с35-40 (2011)
4. Шилов И.П, Кочмарев Л.Ю., Даниелян Г.Л., Зубов Б.В., Устройство для экспресс-исследований спектрально-люминесцентных свойств металлокомплексов порфиринов, ж. Радиоэлектроника, (2019)
5. Semjonov S., Bogatyrev V., Malinin A., Hermetically metal coated specialty optical fibers, , Proc. of SPIE Vol. 7839, 783912, https://doi.org/10.1117/12.867097
6. Баграмов В.Г., Даниелян Г.Л., Морозова Е.Э., Насибов А.С.,Подвязников В.А.,Сладкова Е.С., Тасмагулов И.Д.
Чевокин В.К., Высокоскоростная многоточечная фото хронографическая система, Инженерная физика,2 (2019)
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019»
www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 327
