Численное моделирование процесса самоочистки пучка в многомодовом волокне с градиентным профилем показателя преломления при распространении волны накачки и стоксовой компоненты

О. С. Сидельников, Е. В. Подивилов, С. А. Бабин, С. Вабниц, М. П. Федорук

  • Новосибирский государственный университет
  • Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск
  • Sapienza University of Rome, Italy
  • Институт вычислительных технологий СО РАН, г. Новосибирск
Аннотация: Предложена модель связанных мод, позволяющая описывать процесс распространения волны накачки и стоксовой компоненты в многомодовом волокне с градиентным профилем показателя преломления. Продемонстрировано уменьшение углубления в центре профиля распределения интенсивности волны накачки в результате влияния керровских эффектов и случайной линейной связи мод.
Ключевые слова: многомодовое оптическое волокно, нелинейные эффекты, численное моделирование, вынужденное комбинационное рассеяние
Поступила в редакцию: 09.10.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:12, 1101–1104
Образец цитирования: О. С. Сидельников, Е. В. Подивилов, С. А. Бабин, С. Вабниц, М. П. Федорук, “Численное моделирование процесса самоочистки пучка в многомодовом волокне с градиентным профилем показателя преломления при распространении волны накачки и стоксовой компоненты”, Квантовая электроника, 50:12 (2020), 1101–1104 [Quantum Electron., 50:12 (2020), 1101–1104]

Эффект насыщения выходной мощности волоконных Yb – Er-лазеров

А. А. Сурин, Н. В. Коваленко

  • ООО НТО “ИРЭ – Полюс”, г. Фрязино, Московской обл.
  • Московский физико-технический институт (государственный университет), Московская облаcть, г. Долгопрудный
Аннотация: Представлены результаты экспериментального наблюдения эффекта насыщения выходной мощности в волоконных лазерах c активной Yb – Er-средой. Выведена формула для оценки мощности насыщения. Предложен способ оценки времени жизни уровня 4I11/2 или концентрации ионов Er на основе измерений мощности насыщения.
Ключевые слова: волоконные лазеры, активная Yb – Er-среда, мощность насыщения, время жизни возбужденного уровня.
Поступила в редакцию: 14.10.2020
Исправленный вариант: 30.10.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:12, 1096–1100
Образец цитирования: А. А. Сурин, Н. В. Коваленко, “Эффект насыщения выходной мощности волоконных Yb – Er-лазеров”, Квантовая электроника, 50:12 (2020), 1096–1100 [Quantum Electron., 50:12 (2020), 1096–1100]

Истощение накачки при ВКР-генерации в многомодовом градиентном световоде

А. Г. Кузнецов, С. И. Каблуков, Е. В. Подивилов, С. А. Бабин

  • Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск
  • Новосибирский государственный университет
Аннотация: Исследуется эффект истощения многомодового излучения диодных лазеров накачки в ВКР-лазере на основе многомодового (ММ) градиентного волокна, генерирующего стоксов пучок высокого качества. Обнаружено пространственное “выжигание дыры” в пучке проходящей накачки. Построена балансная модель взаимодействия волн накачки и стоксова излучения в ММ ВКР-лазере. Получены аналитические формулы, на основе которых выполнен расчет, демонстрирующий качественное согласие с экспериментальными данными, и проведено обсуждение причин наблюдаемых количественных расхождений.
Ключевые слова: ВКР-генерация, многомодовый градиентный световод, волоконные брэгговские решетки, эффект истощения излучения, балансная модель
Поступила в редакцию: 09.10.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:12, 1091–1095
Образец цитирования: А. Г. Кузнецов, С. И. Каблуков, Е. В. Подивилов, С. А. Бабин, “Истощение накачки при ВКР-генерации в многомодовом градиентном световоде”, Квантовая электроника, 50:12 (2020), 1091–1095 [Quantum Electron., 50:12 (2020), 1091–1095]

Волоконный ВКР-лазер на основе 7-сердцевинного световода с перекрёстной связью между сердцевинами

А. В. Достовалов, М. И. Скворцов, А. А. Вольф, В. И. Лабунцов, О. Н. Егорова, С. Л. Семёнов, С. А. Бабин

  • Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск
  • Новосибирский государственный университет
  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, г. Москва
  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова, г. Москва
Аннотация: Представлены результаты работы по созданию волоконного ВКР-лазера на основе многосердцевинного световода с высокоотражающими волоконными брэгговскими решётками, записанными с помощью фемтосекундного лазерного излучения в периферийных сердцевинах. Приведены мощностные и спектральные характеристики ВКР-лазера, выходная мощность которого на длине волны 1090 нм составила 2.5 Вт. Продемонстрировано уменьшение спектральной ширины линии генерации за счёт ослабления нелинейных эффектов из-за увеличения эффективной площади моды в многосердцевинном световоде по сравнению с волоконным ВКР-лазером на основе стандартного одномодового световода.
Ключевые слова: ВКР-лазер, фемтосекундная модификация показателя преломления, многосердцевинное волокно
Поступила в редакцию: 09.10.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:12, 1088–1090
Образец цитирования: А. В. Достовалов, М. И. Скворцов, А. А. Вольф, В. И. Лабунцов, О. Н. Егорова, С. Л. Семёнов, С. А. Бабин, “Волоконный ВКР-лазер на основе 7-сердцевинного световода с перекрёстной связью между сердцевинами”, Квантовая электроника, 50:12 (2020), 1088–1090 [Quantum Electron., 50:12 (2020), 1088–1090]

Спектрально-селективное подавление фундаментальной моды сердцевины в световоде с поглощающими стержнями

С. С. Алешкина, Т. А. Кашайкина, М. В. Яшков, М. Ю. Салганский, С. В. Алышев, М. М. Бубнов, А. Н. Гурьянов, М. Е. Лихачев

  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН; Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова, г. Москва
  • Институт химии высокочистых веществ РАН им. Г. Г. Девятых, г. Н. Новгород
Аннотация: Впервые теоретически продемонстрирована возможность создания волоконного спектрально-селективного фильтра на базе световода с поглощающими стержнями, расположенными в кварцевой оболочке. Развитая в настоящей работе методика актуальна для создания волоконных лазеров и усилителей, излучающих на тех длинах волн, на которых генерация затруднена вследствие наличия у активной среды энергетически более выгодных излучательных переходов. Кроме того, предложенный в работе подход может применяться для подавления вынужденного комбинационного рассеяния. Уникальной особенностью рассмотренного механизма подавления фундаментальной моды сердцевины является наличие контролируемой (путем изгиба) спектральной ширины области, в которую вносятся избыточные потери.
Ключевые слова: волоконный световод, световод с поглощающими стержнями, спектрально-селективный фильтр, резонансное взаимодействие мод
Поступила в редакцию: 13.10.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2020, 50:12, 1083–1087
Образец цитирования: С. С. Алешкина, Т. А. Кашайкина, М. В. Яшков, М. Ю. Салганский, С. В. Алышев, М. М. Бубнов, А. Н. Гурьянов, М. Е. Лихачев, “Спектрально-селективное подавление фундаментальной моды сердцевины в световоде с поглощающими стержнями”, Квантовая электроника, 50:12 (2020), 1083–1087 [Quantum Electron., 50:12 (2020), 1083–1087]

Перспективы применения кремниевых наночастиц, полученных методом лазерной абляции, для гипертермии злокачественных опухолей

О. И. Соколовская, С. В. Заботнов, Л. А. Головань, П. К. Кашкаров, Д. А. Куракина, Е. А. Сергеева, М. Ю. Кириллин

  • Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет
  • Институт прикладной физики РАН, г. Н.Новгород
Аннотация: Oценена эффективность использования кремниевых наночастиц, изготовленных методом лазерной абляции пористого кремния в жидкостях, в качестве агентов для гипертермии опухолей с применением лазерного излучения с длинами волн 633 и 800 нм. На основе оптических параметров суспензий наночастиц, определенных ранее методом спектрофотометрии, проведено численное моделирование нагрева опухолевой ткани с внедренными наночастицами. С помощью метода конечных элементов решено уравнение теплопроводности, в котором в качестве распределенного источника тепла используется объемное распределение поглощенной световой мощности, рассчитанное методом Монте-Карло. Проведенное моделирование свидетельствует, что внедрение кремниевых наночастиц с концентрацией до 5 мг/мл в опухоль позволяет повысить максимальную температуру последней по сравнению с нагревом опухоли без наночастиц на 0.2 – 4 °С в зависимости от длины волны и интенсивности облучения.
Ключевые слова: импульсная лазерная абляция в жидкости, рассеяние света, метод Монте-Карло, метод конечных элементов, гипертермия.
Поступила в редакцию: 24.11.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:1, 64–72
Образец цитирования: О. И. Соколовская, С. В. Заботнов, Л. А. Головань, П. К. Кашкаров, Д. А. Куракина, Е. А. Сергеева, М. Ю. Кириллин, “Перспективы применения кремниевых наночастиц, полученных методом лазерной абляции, для гипертермии злокачественных опухолей”, Квантовая электроника, 51:1 (2021), 64–72 [Quantum Electron., 51:1 (2021), 64–72]

Скачать (pdf)

Быстрый метод компьютерного моделирования характеристик люминесценции многослойных биотканей с внедренными люминесцирующими наночастицами

Д. Д. Яковлев, Е. А. Сагайдачная, Д. А. Яковлев, В. И. Кочубей

  • Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского
  • Национальный исследовательский Томский государственный университет
Аннотация: Предложен быстрый и вычислительно устойчивый метод компьютерного моделирования оптических свойств слоистых рассеивающих систем, содержащих флуоресцирующие слои. Метод основан на решении одномерных скалярных уравнений переноса излучения и позволяет рассчитывать спектральные и угловые характеристики люминесцентного излучения, выходящего из системы при различных условиях возбуждения люминесценции. С помощью этого метода проведена оценка параметров, необходимых для определения температуры в подкожных слоях по спектрам люминесценции внедренных в эти слои ап-конверсионных наночастиц при чрескожном оптическом зондировании.
Ключевые слова: фотолюминесценция, ап-конверсионные наночастицы, слоистая рассеивающая среда, биологическая ткань, компьютерное моделирование, термометрия.
Поступила в редакцию: 17.11.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:1, 43–51
Образец цитирования: Д. Д. Яковлев, Е. А. Сагайдачная, Д. А. Яковлев, В. И. Кочубей, “Быстрый метод компьютерного моделирования характеристик люминесценции многослойных биотканей с внедренными люминесцирующими наночастицами”, Квантовая электроника, 51:1 (2021), 43–51 [Quantum Electron., 51:1 (2021), 43–51]

Скачать (pdf)

Исследование возможности увеличения интенсивности фотохимических процессов рибофлавин/УФ-фотосшивания коллагена склеры посредством иммерсионного просветления ткани

М. Е. Швачкина, Ю. В. Кистенев, А. Б. Правдин, Д. А. Яковлев

  • Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского
  • Национальный исследовательский Томский государственный университет
Аннотация: Исследована возможность повышения эффективности фотовоздействия при рибофлавин/УФ-фотосшивании склеры посредством иммерсионного просветления ткани перед УФ облучением. Эффективность фотовоздействия оценивалась по степени снижения относительного содержания сенсибилизатора фотосшивания – рибофлавина, которое определялось по временам затухания флуоресценции ткани на разных этапах процесса фотосшивания. Времена затухания флуоресценции образцов измерялись с помощью мультифотонного томографа в режимах регистрации двухфотонной флуоресценции с временным разрешением. Исследования проводились in vitro на образцах склеры свиньи. В качестве иммерсионного просветляющего агента использовался 88%-ный водный раствор глицерина. Показано, что оптическое просветление позволяет увеличить интенсивность фотоиндуцированного превращения рибофлавина в нефлуоресцирующие лейкоформы в ходе фотохимических реакций, предшествующих сшиванию коллагена. Так, согласно полученным экспериментальным данным для случаев фотосшивания без оптического просветления и с предварительным оптическим просветлением ткани при одинаковых условиях облучения, содержание не подвергшегося фотопревращению рибофлавина в ткани на глубинах от 40 до 75 мкм после УФ облучения в первом случае оказалось приблизительно в 5.6 раза (среднее по 15 областям двух образцов) больше, чем во втором.
Ключевые слова: рибофлавин/УФ-фотосшивание, склера, двухфотонная флуоресценция с временным разрешением, оптическое иммерсионное
Поступила в редакцию: 11.11.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:1, 23–27
Образец цитирования: М. Е. Швачкина, Ю. В. Кистенев, А. Б. Правдин, Д. А. Яковлев, “Исследование возможности увеличения интенсивности фотохимических процессов рибофлавин/УФ-фотосшивания коллагена склеры посредством иммерсионного просветления ткани”, Квантовая электроника, 51:1 (2021), 23–27 [Quantum Electron., 51:1 (2021), 23–27]

Скачать (pdf)

Перспективы мультимодальной визуализации биологических тканей с использованием флуоресцентного имиджинга

Д. К. Тучина, И. Г. Меерович, О. А. Синдеева, В. В. Жердева, Н. И. Казачкина, И. Д. Соловьев, А. П. Савицкий, А. А. Богданов мл., В. В. Тучин

  • Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского
  • Национальный исследовательский Томский государственный университет
  • Институт биохимии им. А.Н. Баха ФИЦ Биотехнологии РАН, г. Москва
  • University of Massachusetts Medical School, United States
  • Институт проблем точной механики и управления РАН, г. Саратов
Аннотация: Исследуются эффекты оптического просветления кожи лабораторных животных ex vivo и in vivo с помощью низкомолекулярных парамагнитных магнитно-резонансных контрастных агентов, используемых в магнитно-резонансной томографии (МРТ), и рентгеноконтрастного агента, используемого в компьютерной томографии (КТ), для повышения глубины зондирования и контраста изображения в методах флуоресцентной лазерной визуализации и оптической когерентной томографии (ОКТ). По спектрам коллимированного пропускания определены коэффициенты диффузии широко используемых в медицине МРТ-агентов Gadovist®, Magnevist® и Dotarem®, а также КТ-агента Visipaque® в коже мыши ex vivo. Применение МРТ-агентов Gadovist® и Magnevist® привело к наиболее существенному оптическому просветлению (оптическому пропусканию) кожи, что позволило достичь: 1) почти 19-кратного увеличения пропускания на длинах волн 540 нм и 7 – 8-кратного – в ближней ИК области 750 – 900 нм; 2) заметного улучшения изображений архитектуры кожи, полученных с помощью ОКТ; 3) 5-кратного увеличения отношения интенсивности флуоресценции к фону при использовании TagRFP-красного флуоресцентного маркерного белка, экспрессируемого в опухоли, после нанесения на кожу животных in vivo в течение 15 мин. Полученные результаты важны для мультимодальной визуализации опухолей, а именно, при комбинации лазерных флуоресцентных и ОКТ-методов с МРТ и КТ, поскольку исследуемые контрастные агенты способны одновременно повышать контраст нескольких методов визуализации.
Ключевые слова: оптическая томография, ОКТ, МРТ, КТ, оптическое просветление, контрастные МРТ- и КТ-агенты, кожа лабораторных животных, in vivo, ex vivo
Поступила в редакцию: 21.12.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:2, 104–117
Образец цитирования: Д. К. Тучина, И. Г. Меерович, О. А. Синдеева, В. В. Жердева, Н. И. Казачкина, И. Д. Соловьев, А. П. Савицкий, А. А. Богданов мл., В. В. Тучин, “Перспективы мультимодальной визуализации биологических тканей с использованием флуоресцентного имиджинга”, Квантовая электроника, 51:2 (2021), 104–117 [Quantum Electron., 51:2 (2021), 104–117]