Лазерный синтез нанокомпозитного углеводородного топлива и КАРС-диагностика пламени его горения

Е. В. Бармина, В. Д. Кобцев, С. А. Кострица, С. Н. Орлов, В. В. Смирнов, М. И. Жильникова, О. В. Уваров, Г. А. Шафеев

  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, г. Москва
Аннотация: Проведен анализ диффузионного горения в кислороде композитного топлива, образованного добавлением наночастиц (НЧ) алюминия в изопропанол. Процесс получения НЧ Al состоял в лазерной фрагментации первоначально крупных промышленных НЧ с помощью излучения импульсного неодимового лазера наносекундной длительности. Распределение НЧ Al по размерам определялось с помощью измерительной дисковой центрифуги. Средний размер наночастиц составил 20 нм, что подтверждается данными просвечивающей электронной микроскопии. Для экспериментального исследования диффузионного горения композитного топлива использовалась диагностическая система на основе когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС). Были измерены распределения температуры в двух взаимно ортогональных направлениях (вдоль пламени и в поперечном направлении) в чистом изопропаноле и изопропаноле с добавлением 0.15% по массе наночастиц Al.
Ключевые слова: углеводороды и композитные топлива, лазерная фрагментация, наночастицы алюминия.
Поступила в редакцию: 30.09.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 100–104
Образец цитирования: Е. В. Бармина, В. Д. Кобцев, С. А. Кострица, С. Н. Орлов, В. В. Смирнов, М. И. Жильникова, О. В. Уваров, Г. А. Шафеев, “Лазерный синтез нанокомпозитного углеводородного топлива и КАРС-диагностика пламени его горения”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 100–104 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 100–104]

Люминесцентные волоконно-оптические датчики на основе нанолюминофоров YAG : R3+ (R = Ce, Dy, Yb) для измерения температуры в диапазоне 20–500 °C

С. К. Евстропьев, В. В. Демидов, Д. В. Булыга, Р. В. Садовничий, Г. А. Пчелкин, Д. Н. Шурупов, Ю. Ф. Подрухин, А. С. Матросова, Н. В. Никоноров, К. В. Дукельский

  • Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова
  • Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
  • Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
  • Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)
  • Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича
  • Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Аннотация: Приведены данные о разработке группы люминесцентных волоконно-оптических датчиков (ВОД) температуры, использующих в качестве термочувствительного материала нанолюминофоры алюмоиттриевого граната (YAG), легированного ионами трехвалентных церия (Ce3+), диспрозия (Dy3+) и иттербия (Yb3+). Нанолюминофоры получены полимерно-солевым методом в виде порошков с размерами кристаллов 19–27 нм и обладают интенсивной люминесценцией на длинах волн λ = 550 нм (YAG : Ce3+), 400 и 480 нм (YAG : Dy3+) и 1030 нм (YAG : Yb3+). Конструкция датчика содержит кварцевый капилляр, частично заполненный нанолюминофором, и два высокоапертурных многомодовых волоконных световода, помещенных внутрь капилляра и осуществляющих подвод возбуждающего люминесценцию излучения, а также прием и передачу сигнала фотолюминесценции. Все датчики демонстрируют экспоненциально спадающую зависимость амплитуды сигнала фотолюминесценции от температуры, что свидетельствует о характерном температурном тушении фотолюминесценции и корректной работе устройств до температуры 500 °C. Максимальной температурной чувствительностью из рассмотренных ВОД обладают устройства на основе нанолюминофора YAG : Ce3+.
Ключевые слова: волоконно-оптический датчик, температура, капилляр, многомодовый волоконный световод, нанолюминофор, алюмоиттриевый гранат, церий, диспрозий, иттербий, фотолюминесценция, чувствительность.
Поступила в редакцию: 28.10.2021
Исправленный вариант: 12.11.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 94–99
Образец цитирования: С. К. Евстропьев, В. В. Демидов, Д. В. Булыга, Р. В. Садовничий, Г. А. Пчелкин, Д. Н. Шурупов, Ю. Ф. Подрухин, А. С. Матросова, Н. В. Никоноров, К. В. Дукельский, “Люминесцентные волоконно-оптические датчики на основе нанолюминофоров YAG : R3+ (R = Ce, Dy, Yb) для измерения температуры в диапазоне 20–500 °C”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 94–99 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 94–99]

Влияние анизотропии одномодового волокна на вызванное ударами молний вращение поляризации светового сигнала в оптическом кабеле грозотроса

Д. В. Горбатов, В. А. Конышев, Т. О. Лукиных, О. Е. Наний, А. Г. Новиков, В. Н. Трещиков, Р. Р. Убайдуллаев

  • ООО “Т8”, г. Москва
  • Физический факультет, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
  • Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН
Аннотация: Построена численная модель для расчета вызванных ударами молний быстрых изменений состояния поляризации светового сигнала на выходе волоконно-оптической линии связи с оптическим кабелем в грозотросе. Показано, что учет анизотропии реальных оптических волокон оказывает заметное влияние на форму временной зависимости скорости изменения состояния поляризации. Установлено, что максимальная скорость изменения состояния поляризации и его временной профиль зависят от места удара молнии в волоконном пролете, величины анизотропии волокна и направления распространения световой волны.
Ключевые слова: ВОЛС, ОКГТ, удар молнии, высоковольтная линия электропередачи, оптический грозотрос, эффект Фарадея, стандартное одномодовое волокно, анизотропия оптического волокна, когерентная линия передачи, скорость вращения состояния поляризации, состояние поляризации, коэффициент ошибок.
Поступила в редакцию: 18.10.2021
Исправленный вариант: 10.11.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 87–93
Образец цитирования: Д. В. Горбатов, В. А. Конышев, Т. О. Лукиных, О. Е. Наний, А. Г. Новиков, В. Н. Трещиков, Р. Р. Убайдуллаев, “Влияние анизотропии одномодового волокна на вызванное ударами молний вращение поляризации светового сигнала в оптическом кабеле грозотроса”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 87–93 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 87–93]

Инактивация коронавирусов под действием излучения светодиодов UVA-диапазона

И. Н. Завестовская, В. А. Гущин, Л. И. Руссу, Е. А. Чешев, А. Л. Коромыслов, И. М. Тупицын, А. А. Фроня, М. С. Григорьева

  • Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук, г. Москва
  • Нацио­нальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Рос­сия, Москва
  • Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи, Россия, Москва
Аннотация: Представлены результаты работы по созданию опытного стенда на основе UVA-светодиодов с длинами волн излучения 385 и 395 нм для проведения экспериментальных исследований по инактивации вирусов семейства «коронавирусы», в том числе SARS-CoV-2, а также методические основания определения дозы инактивации, обеспечивающей заданное снижение титра вируса под действием UVA-излучения. Исследовано влияние расходимости излучения диодов на процесс фотоинактивации вируса. Показано, что UVA-светодиоды могут быть использованы для снижения титра вируса до 4 порядков.
Ключевые слова: ультрафиолетовое излучение, светодиод, коронавирусы, бычий коронавирус
Поступила в редакцию: 12.10.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 83–86
Образец цитирования: И. Н. Завестовская, В. А. Гущин, Л. И. Руссу, Е. А. Чешев, А. Л. Коромыслов, И. М. Тупицын, А. А. Фроня, М. С. Григорьева, “Инактивация коронавирусов под действием излучения светодиодов UVA-диапазона”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 83–86 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 83–86]

Оценка минимальной мощности лазерного излучения с длинами волн 1.47, 1.56 и 1.68 мкм для эффективной облитерации варикозных вен

Н. Ю. Игнатьева, О. Л. Захаркина, А. П. Свиридов, К. В. Мазайшвили, А. Б. Шехтер

  • Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, химический факультет
  • Институт фотонных технологий, ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Россия, Москва, Троицк
  • Медицинский институт, Сургутский государственный университет ХМАО – Югры, Россия, Ханты-Мансийский автономный округ – Югра, Сургут
  • Институт регенеративной медицины, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М.Сеченова (Сеченовский университет), Россия, Москва
Аннотация: В экспериментах, моделирующих эндовенозную лазерную облитерацию (ЭВЛО), определены мощности лазерного излучения Pc, при которых во всей толщине венозной стенки происходит денатурация коллагена, некроз ткани и гибель vasa vasorum (сосуды сосудов) и в то же время отсутствует излишний нагрев окружающих тканей. Основным критерием для определения Pc явилось достижение 100%-ной денатурации белков венозной стенки, подтвержденное морфологическими и калориметрическими исследованиями. Для лазерных излучений с длинами волн 1.47, 1.56 и 1.68 мкм значения Pc оказались равными 6.0 ± 0.2, 5.0 ± 0.2 и 6.0 ± 0.2 Вт соответственно. Установлено, что для всех рассмотренных длин волн при мощности Pc температура внешней поверхности венозной стенки достигает 91± 2 °C. Мы связываем зависимость Pc от длины волны излучения с образованием коагулята у торца оптического волокна, движущегося в заполненном кровью сосуде. Достижение температуры, необходимой для образования коагулята, определяется протекающими одновременно процессами поглощения энергии и ее диссипации в виде тепла. Интенсивность этих процессов усиливается при увеличении коэффициента поглощения среды. Предложен механизм для объяснения взаимосвязи между Pc и длиной волны лазерного излучения, основанный на влиянии коэффициента поглощения среды (крови) на температуру вблизи торца оптического волокна.
Ключевые слова: лазерный нагрев, поглощение и диссипация энергии, венозная стенка, денатурация коллагена, облитерация варикозных вен
Поступила в редакцию: 01.09.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 78–82
Образец цитирования: Н. Ю. Игнатьева, О. Л. Захаркина, А. П. Свиридов, К. В. Мазайшвили, А. Б. Шехтер, “Оценка минимальной мощности лазерного излучения с длинами волн 1.47, 1.56 и 1.68 мкм для эффективной облитерации варикозных вен”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 78–82 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 78–82]

In vitro исследование экстракции катаракты лазерным излучением с λ = 1.54 мкм в виде пакетов микросекундных импульсов

А. В. Беликов, С. Н. Смирнов, Ю. Н. Батов, А. Б. Губин, Ю. Б. Пирожков, Э. В. Бойко, М. Н. Немсицверидзе

  • Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
  • Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. академика И. П. Павлова
  • ООО “Нела”, г. С.-Петербург
  • Санкт-Петербургский филиал НМИЦ МНТК “Микрохирургия глаза” им. акад. С.Н. Федорова
  • Военно-медицинская академия им. С. М. Кирова, г. Санкт-Петербург
  • Северо-западный государственный медицинский университет им. И.И.Мечникова, Россия, С.-Петербург
Аннотация: В эксперименте in vitro впервые выполнена лазерная экстракция модели катаракты глаза свиньи излучением с λ = 1.54 мкм лазера на иттербий-эрбиевом стекле, работающего в режиме генерации пакетов микросекундных импульсов. Использованы эффективные частоты следования лазерных импульсов в диапазоне 36–75 Гц и средние мощности лазерного излучения от 3.9 до 5.25 Вт. Впервые продемонстрировано, что при эффективной частоте следования лазерных импульсов 45 Гц, частоте следования пакетов лазерных импульсов 15 Гц, трех микросекундных импульсах в пакете и энергии пакета 260–265 мДж продолжительность лазерного этапа экстракции катаракты составляет 130 ± 10 с, что сопоставимо с временем ультразвуковой факоэмульсификации и лазерной экстракции в случае использования излучения Nd : YAG-лазера с λ = 1.44 мкм. Акустометрия и высокоскоростная видеосъемка гидроакустических процессов, сопровождающих взаимодействие с водой излучения с λ = 1.54 мкм лазера на иттербий-эрбиевом стекле, работающего в режиме генерации пакетов микросекундных импульсов, позволили впервые обнаружить эффекты наложения гидроакустических процессов при сокращении временного интервала между лазерными импульсами в пакете до менее 700 мкс. Установлено, что при наложении гидроакустических процессов, несмотря на повышение средней мощности и эффективной частоты следования лазерных импульсов, генерация акустических волн идет неэффективно вследствие прохождения импульса через сформированный в воде пузырь. Показано, что наиболее эффективная лазерная экстракция катаракты возможна в режиме с меньшими средней мощностью и эффективной частотой лазерных импульсов в том случае, когда временной интервал между лазерными импульсами в пакете составляет 850 ± 10 мкс.
Ключевые слова: лазер, катаракта, микросекундный импульс, пакет импульсов, гидроакустический сигнал, экстракция, энергия импульса, аспирация, высокоскоростная видеосъемка.
Поступила в редакцию: 04.09.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 69–77
Образец цитирования: А. В. Беликов, С. Н. Смирнов, Ю. Н. Батов, А. Б. Губин, Ю. Б. Пирожков, Э. В. Бойко, М. Н. Немсицверидзе, “In vitro исследование экстракции катаракты лазерным излучением с λ = 1.54 мкм в виде пакетов микросекундных импульсов”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 69–77 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 69–77]

Агаровые фантомы биоткани для задач флуоресцентного мониторинга фотодинамической терапии

А. В. Хилов, В. А. Шишкова, Е. А. Сергеева, Д. А. Куракина, М. Ю. Кириллин

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук, г. Нижний Новгород
  • Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
Аннотация: Предложен подход к созданию агаровых фантомов, которые имитируют спектральные оптические свойства биотканей, содержащих флуоресцирующие слои, что позволяет смоделировать задачу оптической визуализации поверхностных биотканей при введении фотосенсибилизатора хлоринового ряда. Различное расположение флуоресцирующего слоя в фантоме позволяет имитировать биоткань как при поверхностном нанесении, так и при внутривенном введении фотосенсибилизатора. Показано хорошее согласие спектров поглощения и рассеяния фантомов со спектрами реальных биотканей в диапазоне длин волн 500–800 нм. Продемонстрированы изменения в спектрах коэффициентов поглощения и рассеяния фантомов, а также их флуоресцентных свойств, обусловленные добавлением флуоресцентного маркера (фотосенсибилизатора хлоринового ряда).
Ключевые слова: оптические свойства биотканей, спектроскопия, флуоресцентный имиджинг, фантомы биотканей, метод инверсного Монте-Карло, фотодинамическая терапия, фотосенсибилизаторы хлоринового ряда.
Поступила в редакцию: 26.11.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 63–68
Образец цитирования: А. В. Хилов, В. А. Шишкова, Е. А. Сергеева, Д. А. Куракина, М. Ю. Кириллин, “Агаровые фантомы биоткани для задач флуоресцентного мониторинга фотодинамической терапии”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 63–68 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 63–68]

Тераностика кожных новообразований на основе люминесцентной диагностики в сочетании с фотодинамической терапией в полосе поглощения порфирина

И. П. Шилов, А. С. Горшкова, А. В. Иванов, В. Д. Румянцева, Г. Л. Даниелян, В. В. Кашин

  • Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН
  • Государственный научный центр лазерной медицины Федерального медико-биологического агентства России, Россия, Москва
  • Российский онкологический научный центр им. Н. Н. Блохина РАМН, г. Москва
  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, г. Москва
Аннотация: Представлены результаты разработки методики тераностики кожных новообразований на основе люминесцентной диагностики в сочетании с фотодинамической терапией (ФДТ) в полосе поглощения порфирина. Показано, что терапевтический эффект достигается исключительно благодаря ФДТ, без участия процесса гипертермии, которая осуществляется при температурах свыше 42 °С. В качестве препарата для тераностики использовался гель «Флюроскан» (его основа – дикалиевая соль иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX (Yb-ДМДП)). Изучены основные фотофизические свойства и возможные механизмы накопления наноразмерных малотоксичных фотосенсибилизаторов на основе данного соединения. Показано, что соединение Yb-ДМДП в растворе ДМСО (30%-ном водном ДМСО) обладает повышенными фотофизическими характеристиками (время жизни люминесценции 5–10 мкс, квантовый выход люминесценции до 1%, коэффициент экстинкции ~1.96 × 105 М–1 · см–1 на длине волны 398 нм). На экспериментальных животных проведены испытания предложенной методики тераностики опухолей с использованием геля «Флюроскан» и лазерно-волоконного флуориметра.
Ключевые слова: тераностика, наноразмерные фотосенсибилизаторы, иттербиевые комплексы порфиринов, фотофизические свойства, люминесцентная диагностика, оптоволоконный зонд, фармацевтическая композиция, кожные новообразования.
Поступила в редакцию: 08.09.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 56–62
Образец цитирования: И. П. Шилов, А. С. Горшкова, А. В. Иванов, В. Д. Румянцева, Г. Л. Даниелян, В. В. Кашин, “Тераностика кожных новообразований на основе люминесцентной диагностики в сочетании с фотодинамической терапией в полосе поглощения порфирина”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 56–62 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 56–62]

 

Проверка адекватности простой теоретической модели дегидратационного оптического просветления коллагеновых пучков: ОКТ-измерения

О. А. Зюрюкина, М. Е. Швачкина, В. И. Кочубей, Ю. П. Синичкин, Д. А. Яковлев

  • Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского
Аннотация: С помощью оптической когерентной томографии оцениваются коэффициенты рассеяния коллагеновых пучков при разных уровнях гидратации ткани. Проверяется работоспособность простой теоретической модели дегидратационного изменения оптических характеристик коллагенового пучка, который рассматривается как система параллельных цилиндров, выступающих в качестве моделей составляющих пучок коллагеновых фибрилл. Расчет характеристик рассеяния на индивидуальных рассеивателях проводится с использованием теории Ми. Для учета кооперативных эффектов, обусловленных плотной упаковкой рассеивателей, применена стандартная функция упаковки для системы идентичных цилиндров. Также в теоретической модели использован определенный эмпирический закон изменения уровня гидратации фибрилл при изменении содержания воды в ткани, предопределяющий изменения диаметра и показателя преломления фибрилл при дегидратации и регидратации ткани. Показано, что теоретические оценки, полученные с помощью этой модели, хорошо согласуются с экспериментальными данными, что позволяет рассматривать данную модель как надежную.
Ключевые слова: рассеяние света, компрессия, оптическое просветление биологических тканей, оптическая когерентная томография, коллагеновые пучки, фибриллы.
Поступила в редакцию: 02.10.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 48–55
Образец цитирования: О. А. Зюрюкина, М. Е. Швачкина, В. И. Кочубей, Ю. П. Синичкин, Д. А. Яковлев, “Проверка адекватности простой теоретической модели дегидратационного оптического просветления коллагеновых пучков: ОКТ-измерения”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 48–55 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 48–55]

Характеризация возрастных изменений вязкоупругости хрусталика кролика по результатам анализа дисперсии поверхностных волн

Х. Чжан, М. Сингх, Ф. Звецкович, К. Ларин, С. Аглямов

  • Department of Biomedical Engineering, University of Houston
  • Molecular Physiology and Biophysics, Baylor College of Medicine, Houston, TX, USA
  • Department of Mechanical Engineering, University of Houston
Аннотация: Вязкоупругие свойства хрусталиков молодых и зрелых кроликов in situ оценены с помощью волновой оптической когерентной эластографии (ОКЭ). Поверхностные волны в хрусталике создавались с использованием акустической радиационной силы (АРС) ультразвукового пучка, сфокусированного внутрь глазного яблока. Дисперсия поверхностных волн измерялась с помощью системы оптической когерентной томографии со стабилизацией фазы. Модуль Юнга и коэффициент сдвиговой вязкости были определены количественно на основе волновой модели Шолте. Результаты показали, что упругость и вязкость хрусталика молодых и зрелых кроликов значительно различаются. Модуль Юнга хрусталиков с возрастом увеличился с 7.74 ± 1.56 кПа (у молодых особей) до 15.15 ± 4.52 кПа (у зрелых), а коэффициент сдвиговой вязкости увеличился с 0.55 ± 0.04 Па · с (у молодых) до 0.86 ± 0.13 Па · с (у зрелых). Таким образом, комбинация АРС-возбуждения, ОКЭ-визуализации и дисперсионного анализа позволила провести неразрушающую количественную оценку вязкоупругости хрусталика in situ и является многообещающей для приложений in vivo.
Ключевые слова: хрусталик, оптическая когерентная эластография, вязкоупругость, акустическая радиационная сила.
Поступила в редакцию: 21.09.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 42–47
Образец цитирования: Х. Чжан, М. Сингх, Ф. Звецкович, К. Ларин, С. Аглямов, “Характеризация возрастных изменений вязкоупругости хрусталика кролика по результатам анализа дисперсии поверхностных волн”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 42–47 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 42–47]