近日，中國科學院合肥物質院健康所江海河研究員課題組，在中紅外波段高能量脈沖激光傳輸系統研究方面取得重要進展，設計了具有78 μm較大芯徑的6孔微結構反諧振空芯光纖(AR-HCF)，首次實現了在室溫條件下高效率傳輸2.79 μm波段高能量脈沖激光。相關成果已在國際知名光學TOP期刊Optics and Laser Technology上發表。
 

　　激光醫療儀器通常需要通過一個靈活的導管將其發出的激光傳送到患者治療處，但傳統的中紅外激光醫療儀器大多采用的是導光臂傳輸激光。然而，傳統的導光臂傳輸激光方式存在諸多問題，如系統結構復雜、傳輸效率低、不夠靈活等。采用光纖傳輸可解決上述問題，但實芯光纖的材料在中紅外波段的激光損傷閾值較低，無法滿足3 μm波段鉺激光醫療器械高能量密度的導光需求。所以，研究團隊設計研究一種結構簡單、耦合傳輸效率高、損傷閾值大且可柔性傳輸的AR-HCF替代導光臂傳輸激光能量。
 

　　該團隊采用設計的具有78 μm較大芯徑的6孔微結構AR-HCF，首次在室溫條件下高效率傳輸2.79 μm波段高能量脈沖激光。在沒有損壞光纖的情況下，整個區域平均耦合傳輸效率為77.3%，在高光束質量小耦合能量下最高耦合傳輸效率達到了85%。如果扣除纖芯中空氣吸收衰減，該結構光纖系統的自身傳輸效率實際上已超過了90%。該系統實現了11.78 mJ最大脈沖激光能量輸出，相應的能量密度閾值350J/cm2，遠超過生物體軟組織消融所需值。同時，該AR-HCF的最小彎曲半徑為20cm和對應的損耗可滿足外科醫生臨床上的使用需求，并且AR-HCF輸出端的激光光束質量較輸入端的更好，得到了較好的改善。
 

　　與目前其它結構和材料制成的用于2.79 μm波長傳輸的光纖相比，此二氧化硅的6孔結構AR-HCF具有更強的機械穩定性、更高的損傷閾值以及更低的彎曲敏感性且優于傳統的導光臂傳輸性能。該研究為2.79 μm Cr,Er:YSGG醫用固體激光高效率傳輸開辟了一種全新的途徑。
 

圖1. AR-HCF橫截面結構
 

圖2. 2.79 μm AR-HCF空間傳輸實驗裝置
 

圖3. 不同彎曲半徑和彎曲方向下AR-HCF的損耗