RU2634492C1 - Infrared lightguide with large mode field diameter - Google Patents
Infrared lightguide with large mode field diameter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2634492C1 RU2634492C1 RU2016121385A RU2016121385A RU2634492C1 RU 2634492 C1 RU2634492 C1 RU 2634492C1 RU 2016121385 A RU2016121385 A RU 2016121385A RU 2016121385 A RU2016121385 A RU 2016121385A RU 2634492 C1 RU2634492 C1 RU 2634492C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diameter
- core
- shell
- fiber
- rods
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/14—Mode converters
Landscapes
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
- Laser Surgery Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к фотонно-кристаллическим световодам для волоконной оптики среднего инфракрасного диапазона спектра, конкретно к медицинским СО2 лазерам, снабженным волоконным кабелем для передачи электромагнитного излучения на длине волны 10,6 мкм.The invention relates to photonic crystal fibers for fiber optics of the mid-infrared range of the spectrum, specifically to medical CO 2 lasers equipped with a fiber cable for transmitting electromagnetic radiation at a wavelength of 10.6 μm.
При воздействии лазерного излучения на органические ткани важными параметрами являются: плотность мощности лазерного излучения, глубина его проникновения, числовая апертура (NA) при одномодовом режиме работы. Особую значимость эти параметры приобретают при выполнении инвазивных операций. Щадящий режим воздействия на ткани излучения углекислотного лазера, глубина проникновения которого составляет от 20 до 50 мкм, делает его использование предпочтительным при выполнении сложных хирургических операций, по сравнению с другими лазерами, работающими в видимой и ближней инфракрасной области спектра. Излучение этих лазеров передается по кварцевому волокну и значительно глубже проникает в органическую ткань, в том числе здоровую, травмируя ее. Например глубина проникновения в органические ткани излучения гольмиевого ИАГ-лазера с длиной волны 2,09 мкм составляет 0,5 мм, излучение диодных лазеров с длиной волны 0,81 мкм проникает на глубину от 4 до 6 мм [A.M. Шулутко, А.А. Овчинников, и др. Лазерные эндохирургические операции. http://medbe.ru/materials/khirurgiya-trakhei-i-bronkhov/lazernye-endokhirurgicheskie-operatsii/©medbe.ru].Under the influence of laser radiation on organic tissues, important parameters are: the power density of the laser radiation, its penetration depth, numerical aperture (NA) in single-mode operation. Of particular importance are these parameters when performing invasive operations. The sparing mode of exposure of tissues to the radiation of a carbon dioxide laser, the penetration depth of which is from 20 to 50 microns, makes its use preferable when performing complex surgical operations, compared with other lasers operating in the visible and near infrared spectral range. The radiation from these lasers is transmitted through quartz fiber and penetrates much deeper into organic tissue, including healthy tissue, injuring it. For example, the penetration depth into organic tissues of radiation from a holmium YAG laser with a wavelength of 2.09 μm is 0.5 mm, the radiation of diode lasers with a wavelength of 0.81 μm penetrates to a depth of 4 to 6 mm [A.M. Shulutko, A.A. Ovchinnikov, et al. Laser endosurgical operations. http://medbe.ru/materials/khirurgiya-trakhei-i-bronkhov/lazernye-endokhirurgicheskie-operatsii/ MTmedbe.ru].
Известен одномодовый двухслойный кристаллический инфракрасный световод (ИК) [Патент РФ 2340920 от 10.12.2008 / Жукова Л.В., Жуков В.В., Примеров Н.В., Чазов А.И., Корсаков А.С.] на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра, легированных йодидом одновалентного таллия, который имеет сердцевину диаметром 15-45 мкм и содержит ингредиенты при следующем соотношении в мас. %: хлорид серебра 19,5-15,0; бромид серебра 80,0-82,0; йодид одновалентного талия 0,5-3,0. Оболочка диаметром 700-1000 мкм выполнена из твердых растворов хлорид-бромида серебра при следующем соотношении в мас. %: хлорид серебра 19,0-21,0; бромид серебра 81,0-79,0. Световод предназначен для работы в спектральном диапазоне от 5 до 30 мкм.Known single-mode two-layer crystalline infrared fiber (IR) [RF Patent 2340920 from 12/10/2008 / Zhukova LV, Zhukov VV, Examples NV, Chazov AI, Korsakov AS] based solid solutions of silver chloride-bromide doped with monovalent thallium iodide, which has a core with a diameter of 15-45 microns and contains ingredients in the following ratio in wt. %: silver chloride 19.5-15.0; silver bromide 80.0-82.0; monovalent iodide waist 0.5-3.0. The shell with a diameter of 700-1000 microns is made of solid solutions of silver chloride-bromide in the following ratio in wt. %: silver chloride 19.0-21.0; silver bromide 81.0-79.0. The fiber is designed to operate in the spectral range from 5 to 30 microns.
Недостатком световода является содержание в составе токсичных галогенидов таллия, что недопустимо для медицинского применения.The disadvantage of the fiber is the content of toxic thallium halides, which is unacceptable for medical use.
Известен одномодовый кристаллический инфракрасный световод [Патент РФ №2340921 от 10.12.2008. Бюл. №34 // Жукова Л.В., Жуков В.В., Примеров Н.В., Чазов А.И., Корсаков А.С.] на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра, который имеет сердцевину диаметром 20-110 мкм и содержит ингредиенты при следующем соотношении в мас. %: хлорид серебра 19,0-21,0; бромид серебра 81,0-79,0. Оболочка диаметром 700-900 мкм содержит те же ингредиенты при соотношении в мас. %: хлорид серебра 25,0-35,0; бромид серебра 75,0-65,0. Световод предназначен для работы в спектральном диапазоне 3-30 мкм.Known single-mode crystalline infrared fiber [RF Patent No. 2340921 from 10.12.2008. Bull. No. 34 // Zhukova LV, Zhukov VV, Examples NV, Chazov AI, Korsakov AS] based on solid solutions of silver chloride-bromide, which has a core with a diameter of 20-110 microns and contains the ingredients in the following ratio in wt. %: silver chloride 19.0-21.0; silver bromide 81.0-79.0. The shell with a diameter of 700-900 microns contains the same ingredients in a ratio in wt. %: silver chloride 25.0-35.0; silver bromide 75.0-65.0. The fiber is designed to operate in the spectral range of 3-30 microns.
Недостатком световода является малый диаметр сердцевины световода - от 20 до 39 мкм при работе на длине волны 10,6 мкм (СО2 лазер), что затрудняет стыковку лазера со световодом при изготовлении взаимозаменяемых оптических компонентов. Замена световодов связана с процедурой их стерилизации и дезинфекции после использования.The disadvantage of the fiber is the small diameter of the core of the fiber - from 20 to 39 μm when operating at a wavelength of 10.6 μm (CO 2 laser), which makes it difficult for the laser to interface with the fiber in the manufacture of interchangeable optical components. The replacement of optical fibers is associated with the procedure for their sterilization and disinfection after use.
Известен одномодовый двухслойный кристаллический инфракрасный световод [Патент РФ №2413257 от 27.02.2011. Бюл. №6 // Жукова Л.В., Жуков В.В., Чазов А.И., Корсаков А.С.] сердцевина которого, диаметром от 10 до 130 мкм, выполнена из твердых растворов бромида серебра, легированных иодидом одновалентного таллия при следующем соотношении ингредиентов в мас. %: бромид серебра 97,0-90,0; йодид одновалентного таллия 3,0-10,0, а оболочка выполнена двухслойной, при этом первый слой оболочки диаметром от 100 до 300 мкм выполнен из твердых растворов бромида серебра - йодида одновалентного таллия при следующем соотношении ингредиентов в мас. %: бромид серебра 99,5-97,0; йодид одновалентного таллия 0,5-3,0, а второй слой оболочки диаметром от 0,9 до 1,15 мм выполнен из твердых растворов бромида серебра - йодида одновалентного таллия при следующем соотношении ингредиентов в мас. %: бромид серебра 94,0-98,0; йодид одновалентного таллия 6,0-2,0.Known single-mode two-layer crystalline infrared fiber [RF Patent No. 2413257 from 02.27.2011. Bull. No. 6 // Zhukova LV, Zhukov VV, Chazov AI, Korsakov AS] whose core, with a diameter of 10 to 130 μm, is made of solid solutions of silver bromide doped with monovalent thallium iodide at the following ratio of ingredients in wt. %: silver bromide 97.0-90.0; monovalent thallium iodide 3.0-10.0, and the shell is made of two layers, while the first layer of the shell with a diameter of 100 to 300 microns is made of solid solutions of silver bromide - monovalent thallium iodide in the following ratio of ingredients in wt. %: silver bromide 99.5-97.0; monovalent thallium iodide 0.5-3.0, and the second layer of the shell with a diameter of 0.9 to 1.15 mm is made of solid solutions of silver bromide - monovalent thallium iodide in the following ratio of ingredients in wt. %: silver bromide 94.0-98.0; monovalent thallium iodide 6.0-2.0.
Недостатком световода является содержание в составе токсичных ингредиентов галогенидов таллия, что недопустимо для медицинского применения.The disadvantage of the fiber is the content of thallium halides in the toxic ingredients, which is unacceptable for medical use.
Известен также одномодовый двухслойный кристаллический инфракрасный световод [Патент РФ №2504806 от 20.01.2014 // Корсаков А.С., Жукова Л.В., Кортов C.B., Врублевский Д.С.], включающий сердцевину и оболочку диаметром 10-250 мкм с содержанием твердого раствора бромид-иодида одновалентного таллия (ТlВr0.46I0.54).Also known is a single-mode two-layer crystalline infrared fiber [RF Patent No. 2504806 from 01.20.2014 // Korsakov A.S., Zhukova L.V., Kortov CB, Vrublevsky D.S.], including a core and cladding with a diameter of 10-250 μm with the content of the monovalent thallium bromide iodide solid solution (TlBr 0.46 I 0.54 ).
Недостатком данного световода, несмотря на удовлетворительный диаметр поля моды - 100 мкм на длине волны 10,6 мкм, также является содержание в составе токсичных галогенидов таллия, что недопустимо для медицинского применения.The disadvantage of this fiber, despite a satisfactory mode field diameter of 100 μm at a wavelength of 10.6 μm, is also the content of toxic thallium halides in the composition, which is unacceptable for medical use.
Известен одномодовый фотонно-кристаллический световод [Аrno Millo, Lilya Lobachinsky, Abraham Katzir Single-mode octagonal photonic crystal fibers for the middle infrared. Appliede physics letters vol. 92 021112(2008)] с диаметром оболочки 0,9 мм, выполненный из твердых растворов хлорид-бромида серебра при следующем соотношении ингредиентов в мас. %: хлорид серебра 30%, бромид серебра 70%; и содержащий 80 вставок диаметром 25 мкм состава хлорид серебра 70%; бромид серебра 30%. расположенных четырьмя рядами в октогональном порядке с шагом в пределах ряда 42 мкм и шагом между рядами в 55 мкм. Диаметр эффективной сердцевины, обеспечивающий одномодовый режим распространения электромагнитного излучения на длине волны в 10,6 мкм, составляет 110 мкм.Known single-mode photonic crystal fiber [Arno Millo, Lilya Lobachinsky, Abraham Katzir Single-mode octagonal photonic crystal fibers for the middle infrared. Appliede physics letters vol. 92 021112 (2008)] with a shell diameter of 0.9 mm, made from solid solutions of silver chloride-bromide in the following ratio of ingredients in wt. %: silver chloride 30%, silver bromide 70%; and containing 80 inserts with a diameter of 25 μm composition of silver chloride 70%; silver bromide 30%. arranged in four rows in an octagonal order with a step within a row of 42 microns and a pitch between rows of 55 microns. The diameter of the effective core, providing a single-mode propagation of electromagnetic radiation at a wavelength of 10.6 μm, is 110 μm.
Недостатком данного световода является сложность в изготовлении профиля микроструктуры, т.е. изготовление инфракрасного световода с большим диаметром поля моды. Кроме того, световод имеет большой диаметр оболочки, т.е. 0,9 мм, что ограничивает его применение для внутриполостных операций.The disadvantage of this fiber is the difficulty in manufacturing the microstructure profile, i.e. manufacturing an infrared fiber with a large diameter field mode. In addition, the fiber has a large sheath diameter, i.e. 0.9 mm, which limits its use for intracavitary operations.
Наиболее близким техническим решением является инфракрасный световод с большим диаметром поля моды [патент РФ №2506615 от 10.02.2014 // Корсаков А.С., Жукова Л.В., Жуков В.В., Врублевский Д.С.]. Световод включает сердцевину и оболочку, состоящую из стержней, расположенных в гексагональном порядке. Сердцевина диаметром 98-112 мкм выполнена из кристаллов на основе бромида серебра, содержащего твердый раствор бромид-йодида одновалентного таллия (ТlВr0.46I0.54), при следующем соотношении компонентов, мас. %: бромид серебра 91,0-61,0; твердый раствор (ТlВr0.46I0.54). 9,0-39,0. В оболочке расположены стержни диаметром 42-48 мкм на расстоянии 70-80 мкм между их центрами при следующем соотношении компонентов их состава, мас. %: бромид серебра 92,0-64,5; твердый раствор (ТlВr0.46I0.54) 8,0-35,5.The closest technical solution is an infrared optical fiber with a large mode field diameter [RF patent No. 2506615 dated 02/10/2014 // Korsakov AS, Zhukova LV, Zhukov VV, Vrublevsky DS]. The optical fiber includes a core and a sheath consisting of rods arranged in hexagonal order. The core with a diameter of 98-112 μm is made of crystals based on silver bromide containing a solid solution of monovalent thallium bromide-iodide (ТlВr 0.46 I 0.54 ), in the following ratio of components, wt. %: silver bromide 91.0-61.0; solid solution (TlBr 0.46 I 0.54 ). 9.0-39.0. In the shell are rods with a diameter of 42-48 microns at a distance of 70-80 microns between their centers in the following ratio of components of their composition, wt. %: silver bromide 92.0-64.5; solid solution (TlBr 0.46 I 0.54 ) 8.0-35.5.
Недостатком инфракрасного световода является содержание в его составе токсичных галогенидов одновалентного таллия (ТlВr0.46I0.54), что недопустимо для медицинского применения.A disadvantage of the infrared fiber is the content of toxic monovalent thallium halides (TlBr 0.46 I 0.54 ) in its composition, which is unacceptable for medical use.
Задачей изобретения является получение инфракрасного световода с большим диаметром поля моды, работающего на длине волны 10,6 мкм, содержащего сердцевину с центральным стержнем (на рисунке граница изображена пунктиром), и оболочку диаметром 0,3-0,5 мм, отделенную от сердцевины кольцом из шести стержней. Сердцевина, оболочка, центральный стержень в сердцевине и шесть стержней в оболочке изготовлены из кристаллов на основе твердых растворов системы хлорид - бромид серебра, но имеющих различный состав (см. чертеж). ИК-световод предназначен для медицинских СО2 лазеров.The objective of the invention is to obtain an infrared fiber with a large diameter field of the mode, operating at a wavelength of 10.6 μm, containing a core with a central rod (in the figure, the border is dotted), and a sheath with a diameter of 0.3-0.5 mm, separated from the core by a ring of six rods. The core, shell, central core in the core and six rods in the shell are made of crystals based on solid solutions of the chloride – silver bromide system, but having different compositions (see drawing). IR fiber for medical CO2 lasers.
Поставленная задача решается за счет того, что инфракрасный световод с большим диаметром поля моды, включающий сердцевину и оболочку, состоящую из стержней, расположенных в гексагональном порядке, отличающийся тем, что сердцевина диаметром 92,5-97,5 мкм содержит центральный стержень диаметром 10,6-11,7 мкм, оболочка выполнена диаметром 0,3-0,5 мм, а стержни в оболочке того же диаметра, что и центральный стержень, расположены на расстоянии 52,7-58,3 мкм между их центрами, при этом центральный стержень выполнен из кристаллов твердых растворов хлорид-бромида серебра при следующем соотношении компонентов, мас. %:The problem is solved due to the fact that the infrared fiber with a large diameter of the mode field, including the core and the sheath, consisting of rods arranged in hexagonal order, characterized in that the core with a diameter of 92.5-97.5 μm contains a central rod with a diameter of 10, 6-11.7 μm, the shell is made with a diameter of 0.3-0.5 mm, and the rods in the shell of the same diameter as the central rod are located at a distance of 52.7-58.3 μm between their centers, with the central the core is made of crystals of solid solutions chloride-bromine silver and at following component ratio, wt. %:
сердцевина и оболочка выполнены из кристаллов твердых растворов при следующем соотношении компонентов, мас. %:the core and shell are made of crystals of solid solutions in the following ratio of components, wt. %:
стержни в оболочке имеют состав при следующем соотношении компонентов, мас. %:the rods in the shell have a composition in the following ratio of components, wt. %:
В ИК-световодах, имеющих такую структуру и состав, в сердцевине распространяется максимум электромагнитного излучения, т.е. только одна мода низшего порядка, в пределах фундаментальной запрещенной зоны, какой является оболочка, где электромагнитное излучение не распространяется (см. чертеж). На чертеже представлена схема инфракрасного светового с большим диаметром поля моды (MFD)=95,0±2,5 мкм. Центральный стержень и шесть стержней в оболочке имеют диаметр (d)=11,1±0,6 мкм, стержни в оболочки расположены на расстоянии Δ=55,5±2,8 мкм между их центрами. Оболочка имеет диаметр (D)=0,4±0,1 мкм.In infrared optical fibers having such a structure and composition, a maximum of electromagnetic radiation propagates in the core, i.e. only one lower-order mode, within the fundamental forbidden zone, such as a shell, where electromagnetic radiation does not propagate (see drawing). The drawing shows a diagram of infrared light with a large mode field diameter (MFD) = 95.0 ± 2.5 μm. The central rod and six rods in the shell have a diameter (d) = 11.1 ± 0.6 μm, the rods in the shell are located at a distance Δ = 55.5 ± 2.8 μm between their centers. The shell has a diameter (D) = 0.4 ± 0.1 μm.
Новый световод с большим диаметром поля моды предназначен в основном для медицинского СО2 лазера, изготовлен методом экструзии из нетоксичных кристаллов хлорид-бромид серебра, а в прототипе световод содержит токсичные галогениды таллия (ТlВr0.46I0.54).New optical fiber with a large mode field diameter is mainly intended for medical a CO 2 laser manufactured by extrusion from nontoxic crystals of silver chloride-bromide, as in prior art optical fiber contains toxic thallium halides (TlVr 0.46 I 0.54).
Новая фотонная структура световода изготовлена методом экструзии из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромид серебра и состоит из сердцевины определенного состава с центральным стержнем диаметром от 10,6 до 11,7 мкм другого состава, имеющего больший показатель преломления, чем составы сердцевины, оболочки и шести стержней в оболочке. В оболочке диаметром от 0,3 до 0,5 мм расположены в гексагональном порядке шесть стержней того же диаметра, что и центральный стержень, на расстоянии между их центрами от 52,7 до 58,3 мкм, что позволяет получать большой диаметр поля моды от 92,5 до 97,5 мкм при сохранении одномодового режима работы на длине волны 10,6 мкм (СО2 лазер).The new photonic structure of the fiber is made by extrusion of crystals based on solid solutions of silver chloride-bromide and consists of a core of a certain composition with a central rod with a diameter from 10.6 to 11.7 μm of a different composition having a higher refractive index than the composition of the core, shell and six rods in the shell. In the shell with a diameter of 0.3 to 0.5 mm, six rods of the same diameter as the central rod are located in a hexagonal order, at a distance between their centers of 52.7 to 58.3 μm, which makes it possible to obtain a large mode field diameter from 92.5 to 97.5 microns, while maintaining a single-mode operation at a wavelength of 10.6 microns (CO 2 laser).
Благодаря совокупности отличительных признаков, а именно сложной структуре ИК-световодов и определенным химическим составам сердцевины и оболочки, а также центрального стержня, расположенного в сердцевине, и наличию шести стержней в оболочке, режим работы инфракрасного световода является одномодовым в пределах фундаментальной запрещенной зоны.Due to the combination of distinctive features, namely, the complex structure of infrared optical fibers and certain chemical compositions of the core and cladding, as well as the central rod located in the core, and the presence of six rods in the cladding, the operation mode of the infrared fiber is single-mode within the fundamental forbidden zone.
Пример 1Example 1
Методом экструзии из кристаллов на основе твердых растворов хлорид-бромида серебра изготовлены световоды с диаметром сердцевины 95,0 мкм, в которую помещен центральный стержень, диаметром 11,1 мкм. Состав сердцевины в мас. %:Fiber optics with a core diameter of 95.0 μm, in which a central rod with a diameter of 11.1 μm, were made from crystals based on solid solutions of silver chloride-bromide, were made by extrusion. The composition of the core in wt. %:
Хлорид серебра - 14,4;Silver chloride - 14.4;
Бромид серебра - 85,6.Silver bromide - 85.6.
Состав центрального стержня в мас. %:The composition of the Central rod in wt. %:
Хлорид серебра - 12,7;Silver chloride - 12.7;
Бромид серебра - 87,3.Silver bromide - 87.3.
Оболочка световода диаметром 0,4 мм имеет состав сердцевины. В нее помещены в гексагональном порядке шесть стержней диаметром 11,1 мкм на расстоянии 55,0 мкм между их центрами, имеющие состав в мас. %:The fiber cladding with a diameter of 0.4 mm has a core composition. Six rods with a diameter of 11.1 μm are placed in a hexagonal order at a distance of 55.0 μm between their centers, having a composition in wt. %:
Хлорид серебра - 20,3Silver Chloride - 20.3
Бромид серебра - 79,7.Silver bromide 79.7.
При такой структуре световода отношение диаметра стержней в оболочке к расстоянию между их центрами составляет 11,1/55,0=0,2. Проведена съемка торца световода при мощности выходящего излучения 0,5 Вт, что соответствует плотности мощности 7,05 кВт/см2 на длине волны 10,6 мкм. Излучение имеет вид гауссовской функции. Оно распространяется под углом 7,7° при числовой апертуре NA=0,134, что указывает на существование одной фундаментальной моды низшего порядка, т.е. подтверждается одномодовый режим работы ИК-световода.With this structure of the fiber, the ratio of the diameter of the rods in the cladding to the distance between their centers is 11.1 / 55.0 = 0.2. A fiber end was surveyed at an output radiation power of 0.5 W, which corresponds to a power density of 7.05 kW / cm 2 at a wavelength of 10.6 μm. Radiation has the form of a Gaussian function. It propagates at an angle of 7.7 ° with a numerical aperture NA = 0.134, which indicates the existence of one fundamental mode of a lower order, i.e. The single-mode operation of the infrared fiber is confirmed.
Пример 2Example 2
Получен одномодовый световод для работы на длине волны 10,6 мкм (СО2 лазер). Сердцевина световода имеет диаметр 92,5 мкм и изготовлена из кристаллов состава в мас. %:A single-mode fiber was obtained for operation at a wavelength of 10.6 μm (CO 2 laser). The core of the fiber has a diameter of 92.5 μm and is made of crystals of the composition in wt. %:
Хлорид серебра - 14,8;Silver chloride - 14.8;
Бромид серебра - 85,2,Silver bromide - 85.2,
в которую помещена центральный стержень диаметром 10,6 мкм состава в мас. %:in which the central rod with a diameter of 10.6 μm of the composition in wt. %:
Хлорид серебра - 13,1;Silver chloride - 13.1;
Бромид серебра - 86,9.Silver bromide 86.9.
Оболочка диаметром 0,3 мм состава сердцевины в мас. %:The shell with a diameter of 0.3 mm of the composition of the core in wt. %:
Хлорид серебра - 14,8;Silver chloride - 14.8;
Бромид серебра - 85,2.Silver bromide - 85.2.
имеет в своем составе шесть стержней диаметром 10,6 мкм, расположенных на расстоянии 52,7 мкм между их центрами. Стержни выполнены из кристаллов состава в мас. %:includes six rods with a diameter of 10.6 μm, located at a distance of 52.7 μm between their centers. The rods are made of crystals of the composition in wt. %:
Хлорид серебра - 20,7;Silver chloride - 20.7;
Бромид серебра - 79,3.Silver bromide - 79.3.
Отношение диаметра стержней в оболочке к расстоянию между их центрами составляет 10,6/52,7=0,2. При мощности выходящего из световода лазерного излучения в 0,5 Вт под углом 8,1° и при NA=0,143 плотность мощности составляет 8,17 кВт/см2 для работы СО2 лазера. В световоде распространяется одна мода низшего порядка.The ratio of the diameter of the rods in the shell to the distance between their centers is 10.6 / 52.7 = 0.2. When the power of the laser radiation emerging from the fiber is 0.5 W at an angle of 8.1 ° and with NA = 0.143, the power density is 8.17 kW / cm 2 for the operation of a CO 2 laser. A single lower-order mode propagates in a fiber.
Пример 3Example 3
Для передачи электромагнитного излучения медицинского СО2 лазера изготовили световод из нетоксичных кристаллов системы AgCl-AgBr. Световод состоит из сердцевины диаметром 97,5 мкм и состава в мас. %:For transmitting electromagnetic radiation medical CO2 laser fiber manufactured from nontoxic crystals AgCl-AgBr system. The fiber consists of a core with a diameter of 97.5 microns and a composition in wt. %:
Хлорид серебра - 13,9;Silver chloride - 13.9;
Бромид серебра - 86,1.Silver bromide 86.1.
В сердцевине расположен центральный стержень диаметром 11,7 мкм и состава в мас. %:In the core is a central rod with a diameter of 11.7 microns and composition in wt. %:
Хлорид серебра - 12,3;Silver chloride - 12.3;
Бромид серебра - 87,7.Silver bromide - 87.7.
Оболочка световода диаметром 0,5 мм состава сердцевины имеет шесть стержней того же диаметра, что и центральный стержень, т.е. 11,7 мкм, расположенных в гексагональном порядке на расстоянии между их центрами 58,3 мкм, имеющих состав в мас. %:A fiber sheath with a diameter of 0.5 mm of the core composition has six rods of the same diameter as the central rod, i.e. 11.7 microns, located in hexagonal order at a distance between their centers of 58.3 microns, having a composition in wt. %:
Хлорид серебра - 19,8;Silver chloride - 19.8;
Бромид серебра - 80,2.Silver bromide - 80.2.
Диаметра стержней в оболочке к расстоянию между их центрами составляет 11,7/58,3=0,2. При съемке торца световода, работающего на длине волны 10,6 мкм, излучение имеет гауссовскую функцию при мощности выходящего из световода излучения в 0,5 Вт под углом 7,4°, NA=0,130 и плотности мощности 6,7 кВт/см2. Световод такой структуры является одномодовым в пределах фундаментальной запрещенной зоны.The diameter of the rods in the shell to the distance between their centers is 11.7 / 58.3 = 0.2. When shooting the end of a fiber operating at a wavelength of 10.6 μm, the radiation has a Gaussian function with a radiation power of 0.5 W emerging from the fiber at an angle of 7.4 °, NA = 0.130 and a power density of 6.7 kW / cm 2 . A fiber of this structure is single-mode within the fundamental forbidden zone.
При изготовлении инфракрасного световода, имеющего состав сердцевины и оболочки менее 85,2 мас. % или более 86,1 мас. % бромида серебра в твердом растворе хлорид-бромида серебра при диаметре сердцевины менее 92,5 мкм или более 97,5 мкм, а также при изготовлении центрального стержня и шести стержней в оболочке диаметром менее 10,6 мкм или более 11,7 мкм и на расстоянии между центрами стержней в оболочке менее 52,7 мкм или более 58,3 мкм при составе центрального стержня менее 86,9 мас. % или более 87,7 мас. % бромида серебра в твердом растворе хлорид бромида серебра и составе стержней в оболочке менее 79,3 мас. % или более 80,2 мас. % бромида серебра в твердом растворе, не удается достигнуть одномодового режима работы инфракрасного световода. Кроме того, диаметр оболочки не должен быть менее 0,3 и более 0,5 мм.In the manufacture of an infrared fiber having a core and cladding composition of less than 85.2 wt. % or more 86.1 wt. % silver bromide in a solid solution of silver chloride-bromide with a core diameter of less than 92.5 microns or more than 97.5 microns, as well as in the manufacture of a central rod and six rods in a shell with a diameter of less than 10.6 microns or more than 11.7 microns and the distance between the centers of the rods in the shell is less than 52.7 microns or more than 58.3 microns with the composition of the central rod less than 86.9 wt. % or more than 87.7 wt. % silver bromide in a solid solution of silver bromide chloride and the composition of the rods in the shell of less than 79.3 wt. % or more than 80.2 wt. % silver bromide in a solid solution, it is not possible to achieve a single-mode mode of operation of an infrared fiber. In addition, the diameter of the shell should not be less than 0.3 and more than 0.5 mm.
Технический результатTechnical result
Схема структуры световода и распределение Z-компоненты светового вектора представлены на чертеже. Основная часть плотности светового потока S в сердцевине удовлетворяет условию S≤Smax/e2 и приходится на площадь в 7088 мкм2, что соответствует диаметру в 95,0±2,5 мкм. Исходя из последнего заданы параметры микроструктуры: диаметр стержней в оболочке d=11.1±0.6 мкм и шаг микроструктуры Δ=55,5±2,8 мкм, т.е. расстояние между их центрами.The structure diagram of the fiber and the distribution of the Z-component of the light vector are presented in the drawing. The main part of the light flux density S in the core satisfies the condition S≤Smax / e 2 and accounts for an area of 7088 μm 2 , which corresponds to a diameter of 95.0 ± 2.5 μm. Based on the latter, the microstructure parameters are specified: the diameter of the rods in the shell d = 11.1 ± 0.6 μm and the microstructure pitch Δ = 55.5 ± 2.8 μm, i.e. the distance between their centers.
В центре сердцевины расположен стержень состава с большим показателем преломления, чем составы сердцевины, оболочки и шести стержней в оболочке. За счет этого вклад в поддержание моды дает не только механизм фотонных запрещенных зон, но и механизм полного внутреннего отражения.In the center of the core there is a rod with a higher refractive index than the compositions of the core, shell, and six rods in the shell. Due to this, the contribution to mode maintenance is made not only by the mechanism of photonic band gaps, but also by the mechanism of total internal reflection.
Одномодовый режим работы световода при передаче излучения СО2 лазера позволяет минимизировать апертуру выходящего лазерного излучения, а расширение поля моды от 92,5 до 97,5 мкм позволяет передавать плотность мощности энергии от 6,7 до 8,17 кВт/см2, что обеспечивает стабильный и контролируемый режим работы медицинского СО2 лазера. При этом глубина проникновения лазерного излучения в органическую ткань составляет от 20 до 50 мкм. Кроме того, существует возможность создания взаимозаменяемых, легко стыкующихся волоконно-оптических компонентов для лазерного медицинского оборудования на длине волны 10,6 мкм.The single-mode mode of operation of the fiber when transmitting CO 2 laser radiation minimizes the aperture of the output laser radiation, and the expansion of the mode field from 92.5 to 97.5 μm allows you to transmit energy density from 6.7 to 8.17 kW / cm 2 , which provides stable and controllable operation medical CO 2 laser. In this case, the depth of penetration of laser radiation into organic tissue is from 20 to 50 microns. In addition, there is the possibility of creating interchangeable, easily matching fiber optic components for laser medical equipment at a wavelength of 10.6 microns.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016121385A RU2634492C1 (en) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | Infrared lightguide with large mode field diameter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016121385A RU2634492C1 (en) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | Infrared lightguide with large mode field diameter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2634492C1 true RU2634492C1 (en) | 2017-10-31 |
Family
ID=60263630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016121385A RU2634492C1 (en) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | Infrared lightguide with large mode field diameter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2634492C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2686512C1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-04-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) | TWO-LAYERED CRYSTAL INFRARED LIGHT GUIDE FOR SPECTRAL RANGE 2-50 mcm |
| RU2709371C1 (en) * | 2019-02-15 | 2019-12-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of producing infrared fiber assemblies based on silver halide light guides |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5186870A (en) * | 1987-12-17 | 1993-02-16 | Fuller Research Corporation | Process for fabricating an IR transmitting optical fiber |
| RU2173867C1 (en) * | 2000-05-10 | 2001-09-20 | Уральский государственный технический университет | Process of production of fibrous light guides |
| US7841213B2 (en) * | 2003-02-12 | 2010-11-30 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Method of manufacturing photonic crystal fiber using structure-indicating rods or capillaries |
-
2016
- 2016-05-30 RU RU2016121385A patent/RU2634492C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5186870A (en) * | 1987-12-17 | 1993-02-16 | Fuller Research Corporation | Process for fabricating an IR transmitting optical fiber |
| RU2174247C1 (en) * | 2000-02-28 | 2001-09-27 | Уральский государственный технический университет | Infrared spectrum region waveguide |
| RU2173867C1 (en) * | 2000-05-10 | 2001-09-20 | Уральский государственный технический университет | Process of production of fibrous light guides |
| US7841213B2 (en) * | 2003-02-12 | 2010-11-30 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Method of manufacturing photonic crystal fiber using structure-indicating rods or capillaries |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2686512C1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-04-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) | TWO-LAYERED CRYSTAL INFRARED LIGHT GUIDE FOR SPECTRAL RANGE 2-50 mcm |
| RU2709371C1 (en) * | 2019-02-15 | 2019-12-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of producing infrared fiber assemblies based on silver halide light guides |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10271904B2 (en) | Laser-based method and system for selectively processing target tissue material in a patient and optical catheter assembly for use therein | |
| CA2381223A1 (en) | Dual wavelength medical diode laser system | |
| US8786950B1 (en) | Method and system for managing light at an optical interface | |
| JP5520540B2 (en) | Endoscope system | |
| US8554037B2 (en) | Hybrid waveguide device in powerful laser systems | |
| RU2634492C1 (en) | Infrared lightguide with large mode field diameter | |
| Hutchens et al. | Characterization of novel microsphere chain fiber optic tips for potential use in ophthalmic laser surgery | |
| Hutchens et al. | Detachable microsphere scalpel tips for potential use in ophthalmic surgery with the erbium: YAG laser | |
| DE112020003748T5 (en) | Target identification with optical feedback signal splitter | |
| Jelı́nková et al. | Hollow waveguide delivery systems for laser technological application | |
| RU2413257C2 (en) | Single-mode double-layer crystalline infrared optical waveguide | |
| RU2682563C1 (en) | Single-mode crystalline infrared light guide | |
| RU2741236C1 (en) | Light guide instrument with microfocusing | |
| Darafsheh et al. | Contact focusing multimodal probes for potential use in ophthalmic surgery with the Erbium: YAG laser | |
| Clarke et al. | Sapphire fibers for three micron delivery systems | |
| RU2819347C1 (en) | Method of producing double-layer silver halide infrared light guides | |
| US20140058368A1 (en) | Forward firing flat tip surgical laser fiber assembly | |
| Artioushenko et al. | Infrared fibers: power delivery and medical applications | |
| Arai et al. | CO Laser Power Delivery By As [sub] 2 [/sub] S [sub] 3 [/sub] IR Glass Fiber With Teflon Cladding | |
| CN104701721B (en) | A kind of large-power optical fiber Lasar prostate treatment system | |
| Hutchens et al. | Novel microsphere chain fiber tips for use in mid-infrared ophthalmic laser surgery | |
| DeRowe et al. | Comparison of CO2 laser effects on nasal mucosa tissue using either clad or unclad silver halide optical fiber delivery system | |
| Heyvaert et al. | Design of a novel multicore optical fibre for imaging and beam delivery in endoscopy | |
| Guo et al. | Speckle-free high contrast bio-imaging in dental hard tissue using random fiber laser in backscattering configuration | |
| Artioushenko | Fiber optical delivery systems for surgery, diagnostics, and phototherapy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180531 |