EXPERIMENTAL EVALUATION OF THE HOMOGENEITY OF THE OUTPUT STREAMS OF OPTICAL RADIATION OF A RECTANGULAR SHAPE FOR VARIOUS VERSIONS OF THE OUTPUT SECTIONS OF THE LIGHT GUIDE NOZZLES FOR MEDICAL LASER EQUIPMENT

ISSN (e) 2663-3450, ISSN (p) 0321-2211 Прилади і системи біомедичних технологій ПРИЛАДИ І СИСТЕМИ БІОМЕДИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ УДК 004.891.3:615.47 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ОЦІНЮВАННЯ ОДНОРІДНОСТІ ВИХІДНИХ ПОТОКІВ ОПТИЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ ПРЯМОКУТНОЇ ФОРМИ ПРИ РІЗНИХ ВАРІАНТАХ ВИКОНАННЯ ВИХІДНИХ ДІЛЯНОК СВІТЛОВОДНИХ НАСАДОК ДО МЕДИЧНОЇ ЛАЗЕРНОЇ АПАРАТУРИ 1,2) Комарова О. С., 2)Холін В. В., 1)Терещенко М. Ф., 3)Павлов С. В.,4)Розуменко В. Д., 5) Посохов М. Ф., 2)Івасенко В. І., 2)Лапіна С. М. 1) КПІ ім. Ігоря Сікорського, Київ, Україна 2) ПП "Фотоніка Плюс", Черкаси, Україна 3) Вінницький національний технічний університет, Вінниця, Україна 4) Інститут нейрохірургії ім. А. П. Ромоданова НАМН України, Київ, Україна 5) Інститут неврології, психіатрії та наркології НАМН України, Харків, Україна E-mail: , , , , , , У статті приведено результати дослідження однорідності потоків оптичного випромінювання прямокутної форми при різних варіантах виконання вихідних ділянок світловодних насадок. Під час проведення значної частини лікувальних маніпуляцій на основі лазерних впливів у медицині патологічні ділянки біотканини чи їх проєкції, які знаходяться на поверхні тіла, накриваються світловими плямами з контурами зазвичай у вигляді плоских геометричних фігур [1]. Варіабельність виконання світлових плям за формою (коло, квадрат, прямокутник, трикутник, ромб тощо) і лінійними розмірами поперечного перерізу дозволяє підбирати форму та розміри світлової плями, яка охоплює певну конкретну патологічну поверхню з мінімальним захопленням інтактних ділянок тканини [2]. Водночас, незалежно від форми та лінійних розмірів, світлові плями мають бути максимально однорідними [3 - 5]. На сьогодні особливий інтерес представляє забезпечення оптичної однорідності прямокутних світлових плям. По-перше, подібні форми плям широко застосовуються при впливах у лазерній медицині. По-друге, у вихідних оптичних каскадах лазерної апаратури і периферійних світловодах, які підключаються до них, насамперед, використовуються оптичні волокна циліндричної форми з округлим поперечним перерізом оптичного потоку на виході. Метою даної роботи є оптимізація параметрів світловодних насадок лазерної медичної апаратури з вихідними потоками оптичного випромінювання прямокутної форми на основі оцінки рівномірності розподілу щільності потужності потоку при різних варіантах виконання вихідних ділянок насадок. У роботі досліджено оптичні потоки на виході трьох варіантів виконань дистальних ділянок світловодів. Світловоди було сформовано оптичними волокнами, у тому числі з використанням мікролінз на вихідних кінцях та задіафрагмовано канальними оптичними хвилеводами у вигляді прямокутних паралелепіпедів. Отримані на етапі фізичного моделювання експериментальні результати показують перспективність використання сферичних мікрооптичних елементів на вихідних кінцях оптичних волокон в поєднанні з діафрагмами прямокутної форми у вигляді канальних оптичних хвилеводів для отримання світлових плям прямокутної форми з високим рівнем оптичної однорідності. Ключові слова: канальний оптичний хвилевод; оптичне волокно; діафрагмування оптичного потоку; діаграма спрямованості; насадки до лазерної медичної апаратури; щільність потужності лазерного випромінювання; лазерне випромінювання. Вступ Під час проведення значної частини дистанційних, контактних, контактно-компресійних лазерних впливів у медицині патологічні ділянки біотканини чи їх проєкції, які знаходяться на поверхні тіла, накриваються світловими плямами з контурами зазвичай у вигляді плоских геометричних фігур [1]. Варіабельність виконання світлових плям за формою (коло, квадрат, прямокутник, трикутник, ромб і т.д.) і лінійними розмірами поперечного перерізу дозволяє підбирати форму та розміри світло- Вісник КПІ. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ, Вип. 65(1), 2023. 123 ISSN (e) 2663-3450, ISSN (p) 0321-2211 Прилади і системи біомедичних технологій вої плями, яка охоплює певну конкретну патологічну поверхню з мінімальним захопленням здорової тканини [2]. Площа поперечних перерізів фігур, що достатньо просто розраховується при їх відомих лінійних розмірах, і контрольована величина вихідної потужності лазерного випромінювання забезпечують проведення процедур лазерного впливу з відповідними медичними протоколами і рекомендаціями щодо щільності потужності або дози лазерного випромінювання. Водночас, незалежно від форми та лінійних розмірів, світлові плями мають бути максимально однорідними [3 – 6]. Особливий інтерес представляє забезпечення оптичної однорідності прямокутних світлових плям. По-перше, подібні форми плям широко застосовуються при впливах у лазерній медицині. По-друге, у вихідних оптичних каскадах лазерної апаратури і периферійних світловодах, які підключаються до них, насамперед, використовуються оптичні волокна циліндричної форми з округлим поперечним перерізом оптичного потоку на виході [7, 8]. Мета роботи. Оптимізація параметрів світловодних насадок лазерної медичної апаратури з вихідними потоками оптичного випромінювання прямокутної форми на основі оцінки рівномірності розподілу щільності потужності потоку при різних варіантах виконання вихідних ділянок насадок. Матеріали та методи У роботі було досліджено оптичні потоки на виході світловодів, сформованих оптичними волокнами у поєднанні з канальними оптичними хвилеводами у вигляді прямокутних паралелепіпедів. Використовувалися три відрізки оптичного волокна ZLHWF 400N/600 SP (Light Guide Optics) довжиною 1500 мм. Паспортне значення числової апертури NA=0,3. З одного боку на всіх волокнах були встановлені конектори SMA-905. Вихідна сторона одного волокна була відполірована. На вихідних кінцях двох волокон методом оплавлення в дуговому розряді були сформовані напівсферичні мікролінзи радіусом, рівним радіусу волокна. Канальні хвилеводи використовувалися двох типорозмірів (32.5×24.7×8.5, мм та 32.8×25.1×11.1, мм). Вони були виконані з ПММА марки ТОСП ГОСТ 17622-72 (показник заломлення 1,5) та мали відполіровані грані. Вибір матеріалу для виготовлення канальних хвилеводів був зумовлений насамперед технологічністю обробки та наближеністю їх оптичних характеристик до оптичного скла. Були реалізовані три світловоди (1 - оптичне волокно з мікролінзою на торці + паралелепіпед 32.5×24.7×8.5, 2 - оптичне волокно з мікролінзою + паралелепіпед 32.8×25.1× 11.1, 3 - оптичне волокно з полірованим торцем + паралелепіпед 32.8×25.1×11.1). При реалізації світловодів вихідні ділянки оптичних волокон розташовувалися перпендикулярно до граней канальних хвилеводів з роз- 124 мірами 25.1×11.1 або 24.7×8.5 на відстані 5 мм від центру (рис. 1). Лінійні розміри ділянок світловодів визначалися з урахуванням подальшої реалізації у реальних виробах медичного призначення. Рис. 1. Розташування вихідної ділянки оптичних волокон відповідно до граней канальних хвилеводів з розмірами 25.1•11.1 Оцінка однорідності оптичних потоків здійснювалася внаслідок переміщення фотоприймального елемента з малим поперечним перерізом приймальної ділянки вздовж великої та малої осей си (...truncated)