Предмет исследования. Представлены результаты исследования акустического сигнала, регистрируемого гидрофоном при воздействии на жидкость микросекундными импульсами лазерного излучения с длиной волны генерации 1,54 мкм и различной временной субструктурой. Обсуждается влияние энергии и временной субструктуры лазерного импульса на величину генерируемых перепадов давления в жидкости и эффективность удаления тканей катарактального хрусталика глаза. Метод. Микросекундные импульсы излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле с различной пиковой мощностью «лидирующего» пичка и эквивалентной энергией доставлялись в объем дистиллированной воды через оптическое волокно. Акустический сигнал регистрировался игольчатым гидрофоном NP 10-1 (Dapco Inc., США). В условиях in vitro проведена гидроакустическая обработка катарактального хрусталика глаза человека. Основные результаты. Для импульсов с различной временной субструктурой получены зависимости амплитуды первой (термооптической) и второй (связанной с процессом «коллапс-возобновление» парогазовой полости) компонент акустического сигнала от энергии в импульсе. Установлено, что с увеличением пиковой мощности «лидирующего» пичка микросекундного импульса снижается порог появления второй компоненты акустического сигнала, а максимальная амплитуда обеих компонент возрастает. Получены угловые распределения амплитуды компонент акустического сигнала. Выявлено, что первая имеет выраженный максимум амплитуды в направлении, перпендикулярном оптической оси волокна, тогда как угловое распределение второй более равномерно. В эксперименте in vitro показано, что увеличение пиковой мощности «лидирующего» пичка приводит к существенному увеличению удаленного объема и эффективности удаления тканей катарактального хрусталика глаза человека. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при оптимизации параметров лазерного излучения для обработки биоткани, окруженной жидкостью, например, в процессе лазерной экстракции катаракты. Ключевые слова лазерная гидроакустическая обработка, лазер на иттербий-эрбиевом стекле, микросекундные импульсы, лидирующий пичок, акустический сигнал, гидрофон, парогазовая полость, биоткани. Благодарности Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Грант 08-08).
Представлены результаты исследования гидродинамических процессов, возбу-ждаемых в жидкости импульсами излучения Yb,Er:Glass-лазера с длиной волны 1,54 мкм, энергией 100±5 мДж и длительностью в единицы микросекунд. С целью получения объективного и полного представления о возбуждаемых в жидкости под воздействием лазерного излучения процессах в исследовании ис-пользовались методы регистрации акустического сигнала, оптического зонди-рования и высокоскоростной видеосъемки. Установлена корреляция между полученными с помощью этих методов данными. Анализ полученных изображе-ний и осциллограмм показал, что импульсы лазерного излучения, доставленные в физиологический раствор через кварц-кварцевое оптическое волокно с диамет-ром сердцевины 470 мкм, возбуждают в растворе термоупругие волны, а также вызывают образование парогазовой полости (пузыря). Установлено, что изме-нение оптических свойств жидкости под воздействием излучения Yb,Er:Glass-лазера связано в основном с образованием пузыря. Показано, что стадия роста парогазовой полости начинается через 5-10 мкс после начала адиабатического воздействия лазерного импульса. Полость достигает максимального размера (3 мм в диаметре) спустя в среднем 140 мкс, а затем схлопывается до критиче-ского размера (около 0,5 мм) за 120 мкс и отделяется от поверхности торца оп-тического волокна. Полученные данные могут быть полезны при оптимизации временных и энергетических параметров лазерного излучения для задач лазер-ной обработки погруженных в жидкость объектов, в том числе при эффектив-ном и безопасном воздействии на биологические объекты. Ключевые слова: Yb,Er:Glass-лазер, микросекундные импульсы, гидродинами-ка, оптическое зондирование, акустический сигнал, высокоскоростная видео-съемкаВведение. Излучение лазеров ближнего и среднего инфракрасного диапазона широко используется в науке, технике и медицине [1,2]. Развитие лазеров стимулирует проведение новых исследований, позволяющих лучше понять особенности взаимодействия лазерного из-лучения с веществом, в том числе с биотканями, биологическими жидкостями и водой как основным компонентом мягких биотканей [2].Воздействие интенсивного лазерного излучения ближнего и среднего инфракрасного диапазона длин волн на мягкие биоткани и биологические жидкости в ряде случаев вызывает генерацию акустических волн и гидродинамические процессы, что может приводить к раз-рушению тканей [3], стимулировать вынос продуктов разрушения из зоны обработки, влиять на эффективность разрушения, например, за счет формирования парогазовой полости, изме-няющей строение и оптические свойства среды в зоне обработки [4] и т.д.Особый интерес представляют лазеры с длиной волны 1,4-1,8 мкм, этот диапазон при-нято называть безопасным для глаз [5]. Излучение этих лазеров эффективно поглощается во-дой и в основном используется в дальнометрии [5] и офтальмологии [6][7][8][9][10]. В дальнометрии нашли применение лазеры, работающие в режиме модуляции добротности, излучающие короткие лазерные импульсы (от единиц до десятков наносекунд) [11]. В офтальмологии
Presented are results of the theoretical and experimental investigation of the Nd +3 :YAG microchip laser with passive Q-switch modulation based on Cr +4 . The laser operation is analyzed within the operator model of a microchip laser with an active output mirror based on Fabry-Perot interferometer. The feasibility of control over temporal and spatial characteristics of micro-chip laser radiation is demonstrated. The experimental and theoretical results are in a good agreement.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
customersupport@researchsolutions.com
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.