医用传感传能纯石英光纤光栅的研究

随着激光治疗技术的发展，越来越多的新型光纤器械在医学研究和临床应用中崭露头角。本项目面向激光医学的应用需求，提出利用飞秒激光微加工技术直接在纯石英传能光纤中写入光纤光栅，实现传感传能一体化的新方案。项目以飞秒激光对纯石英光纤材料的作用机理，及纯石英光纤光栅器件设计与制备中的基础问题为主要研究内容。将重点研究纯石英光纤材料的微结构和光致折射率改变量，与飞秒写入激光和传能激光辐照的关系，建立描述光纤材料微结构变化与折射率改变量间关系的理论模型。在机理研究的基础上，设计、制备出医用传感传能纯石英光纤光栅，实验研究其外部折射率传感特性和在传能激光长时间辐照下，器件光致折射率调制结构的稳定性问题。并以肿瘤小鼠为动物模型，进行生物组织在体测量的实验验证。

随着激光治疗技术的发展，越来越多的新型光纤器械在医学研究和临床应用中崭露头角。本项目面向激光医学的应用需求，研究了激光对石英光纤材料的作用机理，建立了纯石英光纤材料微结构模型，以及强光作用下光纤光栅非线性效应和光热效应分析模型。利用非线性薛定谔方程建立了基于 FBG 的非线性克尔系数计算模型，利用一维稳态热传导方程对光纤内温度分布情况进行了仿真。理论计算了多模光纤光栅的光谱和折射率传感特性，实验制备了光纤布拉格光栅（FBG）和端面反射式长周期光纤光栅（LPFG），实验研究了端面反射式LPFG折射率传感特性。利用实验标定后的光纤传感器，在激光间质热疗（LITT）条件下，对离体肝脏组织和肌肉组织进行了温度与折射率的同步测量，并在相同条件下对比分析了BALB/c小鼠在体肝脏组织和离体肝脏组织的LITT实验结果的差异。. 本项目实施过程中，项目组在相关领域学术期刊和重要国际会议(OFS、ACP等)上发表学术论文20篇，其中已有9篇被SCI检索，19篇被EI检索。申请发明专利14项，授权国家发明专利7项。培养硕士研究生6名，其中4人已获得硕士学位毕业。并通过积极参与相关领域国际会议、邀请国外专家访问等方式，与国内外同行进行了深入的学术交流与合作。