面向CO2激光生物硬组织消融的超柔性中红外光纤研究

作     者：徐文鑫 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陶光明

授予年度：2020年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 080501[工学-材料物理与化学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：CO2激光消融 硫系玻璃 热匹配 双坩埚法 多材料纤维 热拉伸法 

摘      要：CO激光由于具有可高效率消融软硬组织的特点,成为微创硬组织激光手术的首选。然而,柔性传输介质的缺失限制着CO激光在微创硬组织手术中的应用。中红外光纤由于高灵活性与小型化成为新一代柔性CO激光传输方式的选择。硫系玻璃在1.5-20μm具有优异的红外透过性能且易于制备。基于双坩埚法、薄膜卷绕法结合热拉伸法的多材料纤维制备技术可提供同时具备优异光学性能与机械性能的中红外纤维。本论文旨在通过不同玻璃材料的热匹配测试选取并制备不同组分的中红外玻璃;设计纤维结构与模具;最终通过多材料纤维制备方式制备可用于CO激光微创硬组织手术的直径、结构可控的超柔性中红外光纤。主要研究内容如下:利用熔融淬冷法制备高纯度不同组分的中红外玻璃。并通过DSC测试以及模拟拉丝环境下的中红外玻璃形态转变测试初步确定了中红外玻璃的热匹配特性,确定AsS可与AsSe可共拉制。通过COMSOL构建阶跃型中红外纤维传输模型并确定其结构参数。设计可用于制备具有该结构的中红外光纤预制棒的石英坩埚,并采用双坩埚法制备了不同直径的中红外全玻璃芯棒。通过分析不同聚合物薄膜与中红外玻璃的共拉特性,采用薄膜卷绕法制备中红外阶跃型光纤的预制棒,并最终通过热拉伸法制备多材料纤维。本论文所研究多材料光纤,其机械性能由聚合物包层控制,光学性能由阶跃型中红外玻璃光纤控制,在光学性能不变的前提下具有超柔性。对于CO激光的柔性传输以及生物硬组织加工具有重要意义。