Как стало известно из Сианьского института оптики и точной механики Китайской академии наук, исследовательская группа под руководством Го Хайтао недавно успешно разработала теллуритные и халькогенидные инфракрасные антирезонансные полые волокна с самыми низкими потерями среди аналогов в мире, а также завершила проверку их применения для передачи мощного фемтосекундного лазера в среднем инфракрасном диапазоне и в биомедицине, обеспечив ключевую техническую поддержку для таких стратегических областей, как передача лазерной энергии и прецизионная медицина.
Средний и длинноволновый инфракрасный диапазон (3–15 микрометров) называют «областью молекулярных отпечатков», он имеет большое значение в таких сферах, как мониторинг окружающей среды и биомедицина. Однако эффективная передача лазерного излучения в этом диапазоне долгое время сталкивалась с глобальной проблемой: потери в традиционном кварцевом волокне резко возрастают на длинах волн свыше 2 микрометров, а сплошные инфракрасные стеклянные волокна имеют такие недостатки, как сильные нелинейные эффекты и низкий порог повреждения. Инфракрасные антирезонансные полые волокна, в которых основной световедущей средой является воздух, считаются идеальным решением, однако из-за множества барьеров, связанных с материалами, структурой и технологией производства, потери в них долгое время оставались высокими.
Фото предоставлено интервьюируемой организацией. Исследовательская группа под руководством Го Хайтао за пять лет осуществила полный цикл независимых инноваций, самостоятельно разработав новые теллуритные и халькогенидные стеклянные материалы, предложив инновационные структуры волокон, такие как шести-/семикапиллярное однокольцевое безузловое и пятикапиллярное вложенное безузловое, а также создав многофизическую модель динамики вытяжки. В результате потери в теллуритном волокне на длине волны 4 микрометра составили всего 0,15 дБ/м, а в халькогенидном — 0,3 дБ/м, что более чем в 10 раз ниже по сравнению с международными аналогами.
«Потери в 0,15 дБ/м означают, что при передаче света на 1 метр мощность падает всего примерно на 3,4%», — пояснил Го Хайтао, добавив, что этот прорыв полностью разрушил международный барьер по потерям в инфракрасных антирезонансных полых волокнах.
В ходе апробации применения команда успешно осуществила передачу перестраиваемого фемтосекундного лазера среднего инфракрасного диапазона (5–11 микрометров) с низкими потерями и высокой точностью; волокно способно выдерживать пиковую мощность свыше 16 мегаватт, а качество пучка близко к теоретически оптимальному. В области биомедицины фемтосекундный лазер, переданный по этому волокну, позволил выполнить прецизионную малоинвазивную абляцию жировой ткани, атеросклеротических бляшек и роговицы мыши; пороговая мощность лазера была снижена на 40–50% по сравнению с традиционными методами, термическое повреждение оказалось минимальным, что предлагает новую гибкую схему передачи для таких клинических сценариев, как сосудистые интервенционные вмешательства и тонкие офтальмологические операции.