ВНУТРИРЕЗОНАТОРНАЯ ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ ЛАЗЕРНАЯ РЕФРАКТОМЕТРИЯ Московский инженерно- физический институт (государственный университет) Гончуков С.А.

Соавторы: Гольтяев O.M. – н.с., Московский инженерно-физический институт (Государственный университет) Гольтяев O.M. – н.с., Московский инженерно-физический институт (Государственный университет) Лазарев Ю.Б. – н.с., Московский инженерно-физический институт (Государственный университет) Лазарев Ю.Б. – н.с., Московский инженерно-физический институт (Государственный университет) Подколзин A.A. – проф., Московский государственный медико- стоматологический университет Подколзин A.A. – проф., Московский государственный медико- стоматологический университет Сундуков A.В. – проф., Московский государственный медико- стоматологический университет Сундуков A.В. – проф., Московский государственный медико- стоматологический университет Чебышев Н.В. – проф., Московский государственный университет Чебышев Н.В. – проф., Московский государственный университет Лазарева Ю.Б. – н.с., Московский государственный медицинский университет Лазарева Ю.Б. – н.с., Московский государственный медицинский университет

Содержание Принцип метода внутрирезонаторной отражательной лазерной рефрактометрии (ВОЛР) Принцип метода внутрирезонаторной отражательной лазерной рефрактометрии (ВОЛР) Применение метода ВОЛР в биомедицинских исследованиях Применение метода ВОЛР в биомедицинских исследованиях

L l L = q q = q c/2L L e L o cl(n e – n o )/L q -1 c/2L q q c /2 L = δ e – δ o РАСЩЕПЛЕНИЕ СПЕКТРА ПРОДОЛЬНЫХ МОД РЕЗОНАТОРА НА ОРТОГОНАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПРИ ВВЕДЕНИИ ВНУТРЬ РЕЗОНАТОРА АНИЗОТРОПНОГО ЭЛЕМЕНТА

p s p s c /2 L = p s Схема лазера с фазовой анизотропией на отражении Схема лазера с фазовой анизотропией при полном внутреннем отражении

tg b sin tg (a 2 + b 2 – sin 2 tg 2 –1, where a 2 = ½ {(n 2 – – sin 2 ) + [(n 2 – 2 – sin 2 ) 2 + 4n 2 2 ] 1/2 b 2 = ½ {– (n 2 – 2 – sin 2 ) + [(n 2 – 2 – sin 2 ) 2 + 4n 2 2 ] 1/2 n 1 2 1/2 = n 2 – i n = n 2 /n 1 n 1 Видно, что частота биений зависит от как от коэффициента преломления, так и от коэффициента поглощения: d c[( n)dn + ( )d ]/2 L χ « n d c[( n)dn]/2 L Формулы Френеля для фазового сдвига между ортогональными поляризациями света: Реально χ « n, поэтому

Результаты расчета для n = 0,9 и = 0,001 1 – s ( ) 2 – p ( ) 3 – ( ), 4 – д /дn( ) 5 – д s /дn( ) 6 – д p /дn( ) c arcsin n Итак, максимальная чувствительность измерений вблизи φ с.

Схема лазера с фазовой анизотропией на отражении 1 – активная среда, 2 – зеркала, 3 – призма ПВО, 4 – капля исследуемой жидкости

Лазеры, использованные в измерениях методом ВОЛР He-Ne, λ = 3,39 μ He-Ne, λ = 3,39 μ He-Ne, λ = 1,15 μ He-Ne, λ = 1,15 μ He-Ne, λ = 0,63 μ He-Ne, λ = 0,63 μ He-Cd, λ = 0,44 μ He-Cd, λ = 0,44 μ

Внешний вид экспериментальной установки с He-Ne 633 нм лазером при внешнем внутрирезонаторном отражении

He-Ne 633 нм лазер в моноблочном исполнении из ситалла для измерений с жидкостями методом ВОЛР

Фрагмент лазера с призмой ПВО для измерений методом ВОЛР

Эскиз призмы ПВО для ВОЛР, позволяющей проводить измерения при горизонтальной ориентации границы раздела «призма - исследуемая жидкость»

Фрагмент экспериментальной установки: призма ПВО горизонтальной ориентации внутри резонатора.

Внешний вид лазера с призмой ПВО горизонтальной ориентации внутри резонатора

k, cm 1 Интенсивность частоты биений He-Ne (633 нм) лазера как функция коэффициента поглощения исследуемой жидкости для c (в градусах): 0,5 (1), 2 (2), 3,5 (3), 5 (4), and 7 (5) Как видно, компактный He–Ne (λ = 0.63 μ) лазер можно использовать для измерений жидких сред методом ВОЛР с коэффициентом поглощения на уровне 100 см -1.

АЧХ фазоанизотропного лазера при расщеплении между модами 38 МГц (1) и 51 МГц (2) (измерено методом инжекции) Полоса реакции лазера на внешнее возмущение = S( 1) 1, где S = ( )( + ) 1

d dn dn 10 9 c k 10 2 см -1 одна капля Итак, есть новая возможность изучения явлений на границе раздела сред с очень высокой чувствительностью

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ВОЛР В БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Поведение показателя преломления плазмы крови со временем у здоровых (1) и больных (2) людей

Поведение показателя преломления крови во время лечения дифтерии, начиная с поступления в стационар (4 пациента)

Изменение показателя преломления крови белых мышей при лечении трихоцефалеза меламином: 1 – здоровые (контроль), 2 – инфицированные, 3 – лечение меламином, начиная с 42-ой недели. Изменение показателя n на кривой 1 связано просто с естественным ростом подопытных животных. Рост показателя преломления n на кривой 3 означает выздоровление.

РЕАКЦИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ КРОВИ НА ИМПУЛЬС ЛАЗЕРНОГО ОБЛУЧЕНИЯ = 633 нм, 20 м Вт (Есть медленный (тепловой эффект) и быстрый стимулирующий эффект) = 633 нм, 5 м Вт (Наблюдается только быстрый стимулирующий эффект) = 532 нм, 20 м Вт (Наблюдается только тепловой эффект) Таким образом, только облучение красным светом приводит к симулирующему эффекту!

Поведение крутизны фото отклика в зависимости от длины волны облучения (P=20 м Вт) Биофизический фото отклик имеет место только, если кровь «живая» и облучение в красной и темно-красной областях спектра.

Изменение показателя преломления крови белых мышей при терапевтическом лазерном облучении (in vivo) При передозировке облучения (t ˃ 50 min) организм лихорадочно ищет выход их сложившейся ситуации