Экспериментальное и теоретическое исследование динамики нагрева углеродсодержащих оптотермических волоконных конвертеров для лазерной хирургии

Исследованы углеродсодержащие оптотермические волоконные конвертеры (УОТВК), расположенные на дистальном торце кварц-кварцевого оптического волокна, которое используется для доставки лазерного излучения в медицинских лазерных хирургических системах, и различающиеся толщиной и строением слоя материала, преобразующего лазерное излучение в тепло. Исследована динамика нагрева "плёночного" и "объёмных" конвертеров при средней мощности падающего на них излучения полупроводникового лазера с длиной волны 980 нм, равной 0.3, 1 и 4 Вт, в случае свободного размещения конвертеров на воздухе. Показано, что до момента разрушения эффективность нагрева поверхности конвертера лазерным излучением для плёночного конвертера может достигать 3000 °C/Вт, для объёмного сферического – 1000 °C/Вт, для объёмного плоского – 550 °C/Вт. Разрушение плёночного конвертера, сопровождающееся существенным снижением эффективности нагрева, наступает уже при средней мощности лазерного излучения 0.30 ± 0.05 Вт и связано с разрушением углеродной плёнки на его поверхности. Разрушение объёмного сферического конвертера происходит при средней мощности 4.0 ± 0.1 Вт, причём здесь разрушается углеродная плёнка на его поверхности и оплавляется модифицированный слой, содержащий микропузыри. Разрушение углеродной плёнки на поверхности объёмного плоского конвертера происходит также при мощности 4.0 ± 0.1 Вт, но при этом структура модифицированного слоя не отличается от исходной. Разработаны структурные и оптико-физические модели конвертеров. В основе моделирования лежит поглощение света углеродными плёнками, расположенными на поверхности УОТВК и внутри микропузырей, содержащихся в модифицированном слое конвертера. Продемонстрирована адекватность предложенных моделей УОТВК реальным конвертерам.