ЛАЗЕРНЫЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ И ХИРУРГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СРЕДНЕГО ИК-ДИАПАЗОНА

В ходе выполнения проекта была проведена разработка математической модели твердотельного лазера. Модель позволяет рассчитать оптимальные расстояния и характеристики оптических компонентов системы для двухзеркальной конфигурации резонатора. Также разработана новая узкополосная перестраиваемая лазерная установка в диапазоне от 2,1 до 2,6 мкм на основе кристалла Cr2+:ZnSe с автоматизированной перестройкой. Были проведены измерения оптической стойкости образца кристалла Cr2+:ZnSe. Полученная величина LIDT будет использована при создании нового импульсного лазерного источника на базе этого кристалла. Проведённые исследования позволяют разработать новые приборы для визуализации, в том числе систему оптической когерентной томографии, что является целью проекта на следующий год. При этом будут применены два подхода: реализация такой системы на основе перестраиваемого лазера и на основе фемтосекундного лазера, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, а их создание позволит на практике оценить характеристики каждого из вариантов. В ходе разработки фракционного лазера был проведен выбор метода деления пучка и расчет основных параметров системы. Было получено, что наиболее эффективными техническими решениями для реализации фракционного пучка являются комбинированные решения с использованием дифракционных оптических элементов и сканирующих систем. На данном этапе были разработаны дифракционные оптические элементы для деления пучка, проведена оценка стоимости производства таких элементов. На следующем этапе планируется создание узлов фракционных элементов на базе дифракционных делителей, микролинзовых растров и сканаторов и сравнение эффективности их работы. В рамках проекта были проведены работы по созданию волоконного тулиевого лазера УКИ. Были сформированы требования к задающему волоконному тулиевому лазеру УКИ. На основе проведенного анализа, разработана структурно-функциональная схема волоконного тулиевого лазера. Разработана математическая модель волоконного тулиевого лазера, с использованием которой подтверждена работоспособность разработанной структурно-функционально схемы. Разработана математическая модель для тулиевого световода позволяющая рассчитать распространение УКИ в тулиевом световоде с учётом решения балансных уравнений, что позволит проводить более точный расчёт усиления УКИ. Разработана быстродействующая высокочувствительная система измерения амплитудно-фазовых характеристик УКИ в диапазоне длин волн от 1,8 до 2,0 мкм. Дальнейшим направлением исследований является сборка макетного образца лазера, и исследование режимов генерации УКИ. Также на следующем этапе выполнения проекта планируется разработка системы прореживания частоты повторения импульсов и усиления излучения. В ходе данной работы были созданы просветляющие микроструктуры на подложках из ZnSe, позволяющие увеличить коэффициент пропускания в спектральном диапазоне от 2,1 до 3,5 мкм. Максимальное значение коэффициента пропускания получено на длине волны 2,5 мкм и составляет 92 %.При разработке метода жидкостного травления микроструктур были проанализированы 5 различных растворов с различными концентрациями и интервалами времени воздействия на образец. В качестве лучшего был выбран раствор №2 с пониженной концентрацией. Также был исследован дополнительный этап ультразвуковой обработки на частоте 80 кГц для уменьшения количества остаточных продуктов химической реакции, однако он оказался недостаточно эффективным. С помощью разработанного метода была получена микроструктура, позволяющая увеличить коэффициент пропускания в спектральном диапазоне от 5,5 до 20,0 мкм и далее. Максимальное значение коэффициента пропускания было получено на длине волны 16 мкм и составило 98 %. В рамках работы по проекту также разработана модель абляции полупроводниковых подложек фемтосекундным лазерным излучением. Модель создана с помощью программного обеспечения COMSOL для расчетов методом конечных элементов. В основе численной модели лежит объединенная термогидродинамическая модель с учетом нелинейного поглощения. Это сделано посредством двухтемпературной модели, описывающей нелинейный процесс передачи энергии от лазерного импульса к кристаллической решетке. Модель учитывает одно- и двух-фотонное поглощение, ударную ионизацию, гидродинамические эффекты, фазовые переходы твердое тело-жидкость-газ, позволяет анализировать распределение фаз в процессе абляции и предсказывать форму получаемых микромодификаций. В качестве дальнейшей работы по направлению предполагается оптимизация модели с точки зрения вычислительной сложности путем переформулировки некоторых частей алгоритма и подбора оптимальных коэффициентов в алгоритме. Кроме того, представляется актуальным проведение серии экспериментов по подробному изучению одиночных модификаций, полученных с помощью фемтосекундного лазера на предмет соответствия морфологии той, которую предсказывает модель. Иначе говоря, необходимо провести верификацию модели на тщательно отобранных экспериментальных данных.