СУБДЖОУЛЬНЫЙ ЛАЗЕР НА ИТТЕРБИЙ-ЭРБИЕВОМ СТЕКЛЕ С ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ И МОДУЛЯЦИЕЙ ПОЛЕЗНЫХ ПОТЕРЬ РЕЗОНАТОРА ДЛЯ ЭКСТРАКЦИИ КАТАРАКТЫ

Предмет исследования. Представлены результаты макетирования малогабаритного лазера с диодной накачкой. Лазер построен на основе слэбового активного элемента из иттербий-эрбиевого стекла и оптико-механического затвора на эффекте нарушения полного внутреннего отражения. Исследованы особенности воздействия генерируемых им импульсов на водосодержащие среды. Излучатель, работающий в режиме разгрузки резонатора, обеспечивает генерацию одиночных микросекундных импульсов или регулярных пакетов из этих импульсов с пиковой мощностью до 100 кВт при средней выходной мощности до 8 Вт. Лазер позволяет варьировать выходные параметры излучения в широких пределах и предназначен для использования в технологии и в биомедицинских приложениях. Рассмотрены возможности адаптации параметров излучения лазера для использования в составе компактного комплекса лазерной экстракции катаракты. Метод. Исследован энергетически эффективный для трехуровневой лазерной среды метод повышения частоты повторения импульсов генерации путем генерации пачек импульсов посредством нескольких срабатываний затвора на одном импульсе накачки. Проведен анализ возможности использования микросекундных лазерных импульсов с длиной волны 1,54 мкм и пиковой мощностью в десятки киловатт при обработке водосодержащих биотканей. Исследован акустический отклик от взаимодействия излучения с модельной средой. Основные результаты. В режиме модуляции полезных (активных) потерь резонатора на выходе излучателя получены импульсы с длительностью в единицы микросекунд и с энергией свыше 100 мДж, а также пакеты из таких импульсов с суммарной энергией до 0,5 Дж при эффективной частоте повторения импульсов свыше 60 Гц. На основе проведенных оптоакустических исследований определен минимальный допустимый интервал следования лазерных импульсов в пакете (300 мкс), отвечающий критерию безопасности проведения операции – предотвращению риска повреждения задней капсулы хрусталика лазерным излучением. Практическая значимость. Результаты, полученные на макете иттербий-эрбиевого лазера с модуляцией полезных потерь резонатора с использованием слэбового активного элемента, являются рекордными на данный момент для излучателей с диодной накачкой, генерирующих на длине волны 1,54 мкм. Полученные в эксперименте результаты измерения акустического отклика на световое воздействие в ранее не исследованном диапазоне параметров световых импульсов полезны при оценке возможности и эффективности использования тех или иных источников излучения для обработки биоткани

1. Федоров С.Н., Копаева В.Г., Андреев Ю.В., Богдалова Э.Г., Беликов А.В. Техника лазерной экстракции катаракты // Офтальмохирургия. 1999. № 1. С. 3–12.
2. Копаев С.Ю. Клинико-экспериментальное обоснование комбинированного использования неодимового ИАГ 1.44 мкм и гелий-неонового 0.63 мкм лазеров в хирургии катаракты: дис. ... док. мед. наук. М., 2014. 338 с.
3. Копаева В.Г., Копаев С.Ю., Гиноян А.А., Алборова В.У. Использование лазерной энергии в хирургии катаракты // Вестник РАЕН. 2012. № 1. С. 77–80.
4. Дрягина О.Б. Экспериментально-клиническое обоснование использования Nd:YAG лазера с длиной волны 1.44 мкм в технологии переднего капсулорексиса и дистанционного гемостаза: дис. … канд. мед. наук. М., 2014. 145 с.
5. Анисимова С.Ю., Анисимов С.И., Трубилин В.Н., Новак И.В. Факоэмульсификация катаракты с фемтолазерным сопровождением. Первый отечественный опыт // Катарактальная и рефракционная хирургия. 2012. Т. 12. № 3. С. 7–10.
6. Hodgson N., Nighan W.L., Golding D.J., Eisel D. Efficient 100 W Nd:YAG laser operating at a wavelength of 1.444 μm // Optics Letters. 1994. V. 19. N 17. P. 1328–1330.
7. Комплекс для лазерной экстракции катаракт РАКОТ-6М [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ucmg.ru/kompleks-dlya-lazernoy-ekstraktsii-katarakt-rakot-6m.html, свободный. Яз. рус. (дата обращения 02.11.2015)
8. Bufetova G.A., Nikolaev D.A., Seregin V.F., Shcherbakov I.A., Tsvetkov V.B. Long pulse lasing with Q-switching by FTIR shutter // Laser Physics. 1999. V. 9. N 1. P. 314–318.
9. Georgiou E., Musset O., Boquillon J.-P., Denker В.I., Sverchkov S.E 50 mJ/30 ns FTIR Q-switched diode-pumped Er:Yb:glass 1.54 μm laser // Optics Communications. 2001. V. 198. N 1–3. P. 147–153. doi: 10.1016/S0030-4018(01)01486-9
10. Гагарский С.В., Галаган Б.И., Денкер Б.И., Корчагин А.А., Осико В.В., Приходько К.В., Сверчков С.Е. Миниатюрные диодно-накачиваемые лазеры на иттербий-эрбиевых стеклах с модуляцией добротности оптическими затворами на нарушенном полном внутреннем отражении // Квантовая электроника. 2000. Т. 30. № 1. C. 10–12.
11. Малинин С.М., Симин С.А., Шапиро Л.Л., Батов Ю.Н. Способ управления модулятором оптического излучения. Патент РФ № 2022433, 1994.
12. Jansen E.D., Asshauer T., Frenz M., Motamedi M., Delacretaz G., Welch A.J. Effect of pulse duration on bubble formation and laser-induced pressure waves during holmium laser ablation // Lasers in Surgery and Medicine. 1996. V. 18. N 3. P. 278–293. doi: 10.1002/(SICI)1096-9101(1996)18:3<278::AID-LSM10>3.0.CO;2-2
13. Frenz M., Pratisto H., Konz F., Jansen E.D., Welch A.J., Weber H.P. Comparison of the effects of absorption coefficient and pulse duration of 2.12-µm and 2.79-µm radiation on laser ablation of tissue // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1996. V. 32. N 12. P. 2025–2036. doi: 10.1109/3.544746
14. Lu T., Li Z.J. Underwater holmium-laser-pulse-induced complete cavitation bubble movements and acoustic transients // Chinese Science Bulletin. 2011. V. 56. N 12. P. 1226–1229. doi: 10.1007/s11434-011-4367-5
15. Asshauer T., Rink K., Delacretaz G. Acoustic transient generation by holmium-laser-induced cavitation bubbles // Journal of Applied Physics. 1994. V. 76. N 9. P. 5007–5013. doi: 10.1063/1.357212
16. Lauterborn W., Kurz T., Geisler R., Schanz D., Lindau O. Acoustic cavitation, bubble dynamics and sonoluminescence // Ultrasonics Sonochemistry. 2007. V. 14. N 4. P. 484–491. doi: 10.1016/j.ultsonch.2006.09.017
17. Optical-Thermal Response of Laser-Irradiated Tissue. 2nd ed. / Eds. A.J. Welch, M.J.C. van Gemert. Springer, 2011. 951 p. doi: 10.1007/978-90-481-8831-4
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License