Разработка, изготовление и тестирование прототипов волоконно-оптического рассеивателя с интегрированным датчиком температуры и прототипов волоконно-оптических датчиков на основе рассеивателей.

Отчёт по второму этапу (118 стр., 81 илл., 2 прил., 35 ист.) включает введение, главную часть, состоящую из 10 параграфов, заключение и список литературы. Ключевые слова: лазер, оптическое волокно, рассеиватель, датчик, оптический пробой, радиометка, напыление, датчик, интеррогатор, оптический пробой, алгоритм, Фабри-Перо. Объектом исследования является технология изготовления оптоволоконных рассеивателей излучения и сенсорных устройств. На данный момент миниатюризация медицинских устройств имеет очень высокую практическую ценность, также возможность комплексирования устройств может быть полезной. Стремление к созданию комплексного и компактного устройства, сочетающего в себе рассеиватель излучения и датчик температуры, является главной целью цикла данных работ. Такое устройство будет сформировано в сердцевине оптического волокна, без значительного снижения прочностных характеристик и без повреждения внешнего защитного покрытия. В будущем такие устройства могут применяться в медицине или ветеринарии, для операций в труднодоступных местах организма человека или животного. Целями работы по второму этапу являлись: разработка прототипов волоконно-оптического рассеивателя с интегрированным датчиком температуры, изготовление прототипов волоконно-оптического рассеивателя с интегрированным датчиком температуры, тестирование прототипов волоконно-оптического рассеивателя с интегрированным датчиком температуры, исследование процесса записи рассеивателя в реакторе ядерного магнитного резонанса, разработка опытной технологии напыления металлической радиометки и терминатора на рассеиватель излучения. разработка прототипов волоконно-оптических датчиков на основе рассеивателей, изготовление прототипов волоконно-оптических датчиков на основе рассеивателей, тестирование прототипов датчиков температуры при пониженных и повышенных температурах, разработка алгоритма для снятия данных с датчика. В результате выполнения второго этапа гранта «СТАРТ-1» были описаны этапы разработки и изготовления экспериментальных образцов датчиков на основе рассеивателей. Исследована температурная чувствительность рассеивателей при отрицательных и положительных температурах, которая составила 11,7±0,7 пм/°С, а также определено что датчик температуры имеет линейную характеристику чувствительности в диапазоне -130°С до 500°С. При температурах ниже -130°С характеристика становится нелинейной, но при этом на точках сжижения и замерзания кислорода имеет отличительные интерференционные сдвиги, таким образом можно использовать эти датчики, как датчики уровня для жидкого гелия. Разработан алгоритм по интерпретации снятых данных с датчика температуры. Помимо этого, были выполнены в полном объеме запланированные работы на первый этап гранта «СТАРТ-1». Они включают в себя исследование рассеивающих свойств внутриволоконной структуры, по результатам которой неоднородность профиля рассеивания составила 14 %, анализ температурной чувствительности рассеивателей, который варьируется в пределах 15,7±0,7пм/°С, а также испытания прочностных свойств волокна с рассеивающей структурой. Результаты данных испытаний различаются в зависимости от используемого покрытия и метода исследования: прочность волокна на изгиб составила от 4,96 для полиимида, и от 5,28 для акрилата, прочность на разрыв составила от 0,84 для полиимида, и от 3,83 для акрилата. Также были проведены эксперименты по напылению радиометки на боковую и торцевую поверхность оптического зонда с рассеивающей частью и была написана опытная технологическая инструкция по напылению радиометок. Таким образом, полученные в ООО «ВОССН» научные и практические результаты легли в основу технологии создания рассеивающих и сенсорных устройств. На основе данной технологии были разработаны прототипы рассеивающих устройств на различных типах волокна, и прототипы цельноволоконных датчиков температуры. Рекомендации по внедрению были приняты в лаборатории волоконных систем ПАО «ПНППК», где на инициативных началах исследуется эффект плавления сердцевины оптического волокна. Данное исследование способно помочь сформировать усовершенствованные требования к исследовательским работам, направленных на разработку волоконно-оптических систем с учетом негативного последствия инициации эффекта плавления. Разработанные зонды можно применять в качестве таргетированных средств лечения опухолей и воспалений при фотодинамической терапии, в качестве подсветки раневых полостей, в составе эндоскопических зондов или эндодонтических насадок. Можно создавать гибкие и тонкие датчики температуры или в качестве основного элемента фототерапевтических одеял. Зонд со сформированной структурой может служить основой для наращивания гибких и мягких мускулов, в качестве основы для мягкого робота-червя. Разработанная технология позволяет создавать наиболее тонкие, гибкие и прочные волоконные зонды, которые могут быть применены в более широком спектре операций и позволят достигать лечения более труднодоступных мест в организме, и, при этом, иметь меньшую травматичность по сравнению с подобными операциями, что обуславливает значимость данной работы. Дальнейшее развитие объекта исследования будет направлено на расширение применяемых волокон, в которых будет сформирована структура, в ближайшем будущем – это волокна с двойной оболочкой. А также, на конструирование более широкого спектра приборов, которые могут быть созданы методом оптического пробоя. По данной тематике будет произведены две защиты кандидатских диссертаций, которые исследуют темы конструирования таких приборов и изучения процесса формирования структур. Запланированные работы календарного плана на период 24.12.2020 по 23.02.2022 были выполнены в полном объеме. НИОКР 1-ого года (этапа) реализации проекта выполнена в полном объеме. В ходе работы были опубликованы статьи [25-35] и подана заявка на патент № 2021137590 [35].