Підвищення ефективності лазерних медичних приладів з волоконно-оптичними світловодами в умовах зовнішніх термічних дій.

Abstract

Дослідження впливу керованих параметрів електронного променю (густини теплового впливу Fn та швидкості переміщення (сканування) вздовж оброблюваної поверхні V) на такі важливі параметри якості торцевих поверхонь світловодів, як їх чистота та мікрошорсткість, що надають суттєвий вплив на коефіцієнт пропускання ІЧ-випромінювання kλ, нині обмежені. Тому метою даної роботи є встановлення закономірностей впливу керованих параметрів електронного променю, визначення оптимальних діапазонів їх застосування, які не призводять до руйнування оброблюваних торцевих поверхонь світловодів з оптичного скла (К8, БК10) та максимально збільшують коефіцієнт ІЧ-пропускання шляхом зростання їх чистоти та зменшення мікрошорсткості, що дозволяє підвищувати ефективність приладів в умовах зовнішніх термічних дій. Дослідження термічної дії електронного променю на елементи з оптичного скла були проведені на спеціалізовану електронно-променеву обладнанні, захищеному патентами України. Для проведення експериментальних досліджень використовувались сучасні методи фізико-хімічного аналізу. Отримані експериментальні дані оброблювались в режимі діалогу та реального часу на ПК з використанням сучасних методів математичної статистики та стандартних прикладних програм, при цьому відносна похибка вимірювання розглядуваних параметрів не перевищує 5…7 %. Проведено експериментальні дослідження та встановлено оптимальні діапазони зміни параметрів електронного променю (густина теплової дії Fn = 3∙106…7∙108 Вт/м 2 ; швидкості сканування V = 6∙10-3…4∙10-2 м/с), в межах яких спостерігається найбільш істотне покращення параметрів якості оброблюваних торцевих поверхонь світловодів (підвищення чистоти поверхонь та зменшення їх мікрошорсткості), що призводить до збільшення спектрального коєфіцієнта пропускання ІЧ-випромінювання. В результаті зростає гранично допустима дальність розповсюдження лазерного випромінювання у світловодах та забезпечує більш якісну діагностику, терапевтичне та хірургічне лікування, що сприяє підвищенню ефективності лазерних медичних приладів, особливо, при їх експлуатації з врахуванням зовнішніх термічних дій.

Study of the influence of the controlled parameters of the electron beam (the density of the thermal effect Fn and the speed of movement (scanning) along the treated surface V) on such important parameters of the quality of the end surfaces of the light guides as their cleanliness and micro-roughness, which have a significant impact on the transmission coefficient of IR radiation kλ, are now limited. Therefore, the purpose of this work is to establish the regularities of the influence of the controlled parameters of the electron beam, to determine the optimal ranges of their application, which do not lead to the destruction of the treated end surfaces of light guides made of optical glass and maximize the IR transmission coefficient by increasing their purity and reducing micro-roughness, which makes it possible to increase the efficiency of devices in conditions of external thermal effects. The study of the thermal effect of an electron beam on optical glass elements was carried out on specialized electron beam equipment protected by Ukrainian patents. Modern methods of physical and chemical analysis were used to conduct experimental research. The obtained experimental data were processed in dialogue mode and in real time on a PC using modern methods of mathematical statistics and standard application programs. At the same time, the relative measurement error of the considered parameters does not exceed 5...7 %. Experimental studies were carried out and optimal ranges of electron beam parameter changes were established (thermal action density Fn = 3∙106 ...7∙108 W/m2 ; scanning speed V = 6∙10-3...4∙10-2 m/s), within in which the most significant improvement in the quality parameters of the processed end surfaces of light guides is observed (increasing the cleanliness of the surfaces and reducing their micro-roughness), which leads to an increase in the spectral transmittance of IR radiation. As a result, the maximum allowable range of propagation of laser radiation in light guides increases and provides better diagnostics, therapeutic and surgical treatment, which contributes to increasing the efficiency of laser medical devices, especially when they are operated taking into account external thermal effects.