CC BY
16DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-381-382
ВОЛОКОННАЯ ЭРБИЕВАЯ ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЗАДАЧ ФРАКЦИОННОГО ФОТО-ОМОЛОЖЕНИЯ
Коптев М.Ю.1*, Морозов А.Н.2, Муравьев С.В.1, Лихачев М.Е.3, Ким А.В.1
Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород 2ООО «МеЛСиТек», г. Дзержинск 3Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова РАН,
г. Москва E-mail: [email protected]
В настоящее время лазеры находят широкое применение в медицине и косметологии, они широко используются для таких задач, как эпиляция, пилинг, удаление татуировок и нежелательных веснушек и сосудистых звездочек. Одним из новшеств современной косметологии является процедура фракционного фотоомоложения [1,2]. Суть этого метода состоит в формировании на поверхности кожи массива микроотверстий с четко контролируемой глубиной и диаметром. Клетки, находящиеся вокруг зон воздействия, начинают интенсивное деление, заполняя поврежденные места. В результате осуществляется стимулирование омолаживающих процессов в глубоких слоях дермы.
Нами была разработана эрбиевая полностью волоконная лазерная система для задач фракционного фотоомоложения. Система генерировала импульсы с длительностью варьируемой в диапазоне 200 мкс - 5 мс и управляемой частотой следования (100 Гц - 2.5 кГц) с пиковой мощностью в импульсе ~ 28 Вт. Поскольку создание импульсного волоконного лазера, с длительностью импульса сопоставимой со временем жизни активных ионов, является нетривиальной задачей, система была построена по принципу задающий генератор - усилитель мощности, в которой модуляция импульсов задающего генератора осуществлялась синхронно с импульсами накачки усилителя.
Рис. 1. Схема волоконной эрбиевой лазерной системы
В качестве задающего генератора был использован непрерывный волоконный лазер с линейным резонатором, сформированным двумя волоконными брэгговскими решетками, с коэффициентами отражения 99% и 7% соответственно. Центральная длина волны решеток была выбрана исходя из максимума эффективности усилителя мощности и составила 1574 нм. В качестве активного световода был использован эрбий-иттербиевый световод с диаметром сердцевины 6 мкм, накачка которого осуществлялась по оболочке, многомодовым лазерным диодом на длине волны 940 нм. Лазер генерировал непрерывное излучение мощностью 1,5 Вт на длине волны 1574,2 нм. В нашем случае выходная мощность лазера была ограничена максимальной входной мощностью акустооптического модулятора.
Формирование оптических импульсов осуществлялось при помощи акустооптического модулятора, с длительностью нарастания/спада порядка 20 нс. Пиковая мощность импульсов на выходе модулятора, с учетом потерь, составила 500 мВт. Усилитель мощности был построен на
№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» [email protected]
381
эрбиевом световоде с большой площадью поля моды (БППМ). Данный световод имеет диаметр сердцевины 30 мкм, для лучшего поглощения накачки его оболочка выполнена в форме квадрата со стороной 125 мкм. В этом световоде, за счет солегирования сердцевины алюминием и фосфором, удается существенно подавить кластеризацию ионов эрбия и при этом обеспечить малую разницу показателей преломления сердцевины и оболочки, необходимую для работы световода в одномодовом режиме [3]. Длинна активного световода была оптимизирована с точки зрения максимальной эффективности и составила 15 метров. Накачка световода осуществлялась в попутном направлении по оболочке двумя многомодовыми лазерными диодами со стабилизированной длиной волны 981 нм суммарной мощностью 120 Вт. Для подавления усиленного спонтанного излучения, а также сохранения формы усиливаемых импульсов, накачка активного световода осуществлялась синхронно со следованием импульсов затравки.
Нами были исследованы режимы работы лазерной системы с длительностью импульсов 200 мкс. 500 мкс, а также 1, 3 и 5 мс. Во всех режимах работы форма импульсов близка к прямоугольной. Однако в начале импульсов присутствует незначительное искажение формы связанное с конечной скоростью роста инверсии населенностей. На рис. 2 представлены осциллограммы импульсов, снятые при максимальной мощности накачки.
Рис.2. Осциллограммы импульсов на выходе эрбиевогоусилителя
Эффективность во всех режимах работы (как для микросекундных так и для миллисекундных импульсов) была практически одинакова и составила 26%. Максимальная достигнутая пиковая мощность в режиме 200 мкс импульсов составила 28,6 Вт, в режиме 500 мкс импульсов - 27.2, а в режиме 1, 3 и 5 мс импульсов - 26 Вт.
го эо ла so
Мощность накачки, Вт
1.0
i 0.8
Й
0
1 0.6 В
I
| 0-4
тэтл.г
Длмна волны, нм
Рис.3. Зависимость средней выходной мощности от мощности накачки для режима 200 мкс импульсов (слева) и спектр сигнала на выходе усилителя при максимальной мощности (справа)
Спектр сигнала имел центральную длину волны 1574,2 нм и ширину по полувысоте 0,09 нм. В процессе работы спектр оставался стабильным и не испытывал каких-либо биений или дрейфа длины волны.
Поддержано НЦМУ «Центр фотоники», при финансировании Министерством науки и высшего образования РФ, соглашение № 075-15-2020-906.
Литература
1. JinHui Cai et al, J Cosmet Dermatol. 8, 1975-1979 (2020)
2. Penpun Wattanakrai, Suwimon Pootongkam, Salinee Rojhirunsakool, Dermatol Surg. 38(4), 610-622 (2012)
3. L. V.Kotov et al, Opt. Letters 38(13), 2230-2232 (2013)
382............№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» [email protected]
