इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी जर्नल

प्रकाश अवशोषित तरल पदार्थों में लेजर उत्तेजना अल्ट्रासाउंड पारदर्शी क्षेत्रों की एक परत द्वारा दूरस्थ टिप के कोलाइडल कोटिंग के साथ ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से लेजर विकिरण को लागू करना

व्लादिमीर ब्रेडिकिन

चिकित्सा और प्रौद्योगिकी के लिए ऑप्टिकल लेजर विकिरण को उच्च आवृत्ति ध्वनिक में कुशल रूप से परिवर्तित करना एक महत्वपूर्ण लागू समस्या है। एक संभावित समाधान फाइबर के माध्यम से एक तरल में विकिरण को इंजेक्ट करना है, जिसका दूरस्थ छोर पारदर्शी माइक्रोस्फीयर की एक परत द्वारा कवर किया गया है। माइक्रोस्फीयर यहां लेंस के रूप में कार्य करते हैं जो तरल में प्रकाश विकिरण के अत्यधिक केंद्रित क्षेत्रों का निर्माण करते हैं। तरल में प्रकाश अवशोषण की उपस्थिति में, स्थानीय गर्म मात्रा की एक प्रणाली उत्पन्न होती है जो थर्मोइलास्टिक प्रभाव के कारण ऑप्टोएकॉस्टिक (OA) प्रतिक्रिया की ओर ले जाती है। इस दृष्टिकोण से, प्रकाश अवशोषित माध्यम में फाइबर के दूरस्थ सिरे पर पारदर्शी माइक्रोस्फीयर की परत को फाइबर लेजर-ध्वनिक कनवर्टर (LAC) माना जा सकता है। इस रिपोर्ट में LAC की दो विपरीत योजनाओं की प्रयोगात्मक रूप से जांच की गई है। सबसे पहले (a) हम LAC के साथ एक क्वार्ट्ज ऑप्टिकल फाइबर Ø 1 मिमी के माध्यम से लेजर विकिरण द्वारा उत्तेजित अल्ट्रासाउंड [1] की जांच करते हैं - फाइबर के दूरस्थ सिरे पर Ø 0.96 μm पॉलीस्टीरिन (PS) क्षेत्रों के साथ एक कोटिंग। लेजर YAG: Nd लेजर है जिसका λ = 1.064 μm है, और आसुत जल को माध्यम (प्रकाश अवशोषण गुणांक α ≈ 0.1 cm-1) के रूप में उपयोग किया जाता है। लेजर ने शून्य अनुप्रस्थ मोड व्यवस्था (बीम व्यास ≈2 मिमी) में एक ऑप्टिकल पैसिव मॉड्यूलेटर का उपयोग करके ≈300 ns की कुल अवधि के साथ ≈2 × 105 Hz की स्पाइक आवृत्ति के साथ पल्स की एक श्रृंखला उत्पन्न की। प्रयोग का यह विन्यास सिस्टम के मूल मापदंडों का अध्ययन "प्राइमवल" रूप में करने की अनुमति देता है, जो अधिक जटिल प्रभावों, जैसे थर्मल सेल्फ-डिफोकसिंग और सुपरहीटेड लिक्विड अवस्थाओं के प्रभाव से बचता है। दूसरा (बी), विपरीत मामला एक ग्लास सब्सट्रेट पर Ø 200 μm ग्लास गोले की कोटिंग का उपयोग है जो लेजर बीम में LAC के रूप में है (लगभग Ø 1 मिमी) दूसरे हार्मोनिक (λ = 0.532 μm) के साथ आवेग समय 15 ns। इस मामले में माध्यम पानी-स्याही घोल (α ≈ 100 सेमी-1) है [2]। गोले 1 और 200 माइक्रोन व्यास (चित्र देखें) से युक्त कोटिंग्स को 2-चरणीय तकनीक का उपयोग करके फाइबर टिप फेस पर लगाया जाता है। सबसे पहले, एक सपाट कांच की प्लेट पर गोले की एक परत बनाई जाती है। फिर प्राप्त एकल परत को साइनोएक्रिलेट ऑप्टिकल चिपकने वाले की पहले से लागू पतली परत के साथ फाइबर के अंत में चिपकाया जाता है। छोटे आकार के गोले (10 माइक्रोन तक) की एक परत कोलाइडल घोल से प्लेट पर जमा की जाती है। बड़े आकार के गोले एक परत में एक सपाट प्लेट (सीमित भरने वाले क्षेत्र के भीतर) पर फैले हुए हैं। चिपकने वाले पदार्थ पर 1 मिमी फाइबर की नोक पर गोले के माइक्रोफोटोग्राफ हैं (ए) शुद्ध पानी में λ = 1.064 माइक्रोन (प्रकाश अवशोषण ~ 0.1 सेमी−1) पर, ≈ λ के अंशों के एक विशिष्ट आकार के साथ एक थर्मल माइक्रोस्ट्रक्चर का निर्माण होता है, ≈0.005 जूल की एक छोटी लेजर पल्स की ऊर्जा पर 10−2 डिग्री तक का अधिकतम तापमान। विकसित उपकरण अपेक्षित माइक्रोहीटिंग के साथ अल्ट्रासाउंड उत्पादन की सटीक रिकॉर्डिंग की अनुमति देता है।(बी) पानी-स्याही समाधान मामले में यह दिखाया गया है कि अगर कांच के गोले की परत के माध्यम से विकिरण किया जाता है, तो उत्पन्न अल्ट्रासाउंड के दबाव स्तर और आवृत्ति रेंज दोनों को काफी हद तक बढ़ाया जा सकता है। उत्पन्न अल्ट्रासाउंड की आवृत्ति रेंज उस आयतन के आयामों से निर्धारित होती है जहाँ प्रकाश अवशोषित होता है। गोले की अनुपस्थिति में, यह आयाम तरल में प्रकाश प्रवेश गहराई है। गोले के साथ, यह उन गर्म स्थानों का आकार है।