2.7.3. Системы доставки излучения
Основными устройствами доставки лазерного излучения являются шарнирные манипуляторы и световоды.
Шарнирные манипуляторы применяются в тех случаях, когда существующие световоды не подходят для передачи излучения с определенными длинами вон, в частности в 10 мкм области в ИК диапазоне. Поэтому доставка излучения от лазера до наконечника, операционного микроскопа или эндоскопа производится посредством шарнирного манипулятора. Манипулятор должен иметь не менее пяти степеней свободы, три из которых для позиционирования и две для угловой ориентации.
Для произвольной ориентации луча в пространстве необходимо использовать два поворотных или наклонных зеркала, расположенных друг за другом или поворотно-наклонное зеркало, перемещающееся по двум осям (рис. 57).
Рис. 57. Схема изменения и направления положения лазерного луча
Такие конструкции требуют высокоточных приводов для деления угла поворота (определения средней точки для наклона). Поэтому применяется последовательное соединение друг за другом двух поворотных зеркал, каждое с поворотом луча на 90 . В этом случае при всех поворотах взаимное угловое расположение зеркал остается неизменным. В качестве подвижных элементов манипулятора применяют подшипники и линейные направляющие. Применяются два основных варианта конструкции манипулятора: телескопическое соединение и шарнир типа локтевого сустава (рис. 58).
Рис. 58. Телескопические и шарнирные системы доставки излучения
Качество шарнирного манипулятора в основном характеризуется его весом, точностью позиционирования и угловой точностью, с которой луч выходит во всех позициях. Точность в основном зависит от жесткости подшипников и трубок и определяется расчетом соответствующих линейных и угловых размерных цепей с учетом весовых нагрузок звеньев манипулятора. Для снижения весовых нагрузок иногда применяют компенсаторы в виде противовесов или пружин.
Световоды. Оптический волновод применяется в медицине либо как световод для подсветки, либо как упорядоченный пучок световолокон для передачи изображения. Эти "когерентные" пучки волокон для передачи изображения являются оптическим ядром любого гибкого эндоскопа. Отдельные волокна дают возможность для передачи сильно концентрированной световой формы лазерного луча и для сохранения в максимальной степени особого качества этой формы. Высокие плотности мощности лазерного луча сохраняются и после прохождения через волокно.
В клинической практике в основном применяют световоды из высокочистого кварцевого стекла, которое обеспечивает не только малые световые потери, но и точно юстированные оптические свойства и обладает высокой механической прочностью волокна. Волокна из кварцевого стекла подходят для диапазона волн от 200 до 2000 нм. Оно используется для световодов Nd-YAG-лазеров, аргоновых лазеров, и с некоторыми ограничениями, для эксимерных лазеров.
В настоящее время пока не существует удовлетворяющих всем требованиям световодов для ИК лазеров, в частности СО2-лазера и твердотельных эрбиевых лазеров (Еr-YAG -лазер). Перспективными для этих лазеров являются волокна из бромистого и хлористого серебра и из стекла из фтористых тяжелых металлов (циркония и бария), которые обеспечивают допустимые значения затухания лазерного излучения.