Thiết kế và tối ưu hóa sợi tinh thể quang tử lõi lỏng tạo nguồn sáng siêu liên tục băng rộng ứng dụng trong chụp cắt lớp quang học

Thiết kế và tối ưu được sợi tinh thể quang tử lõi rỗng nền silica được thấm C₂Cl₄ kết hợp với cấu trúc nhảy bậc, cho phép điều khiển đồng thời đặc tính tán sắc và hiệu ứng phi tuyến. So với các cấu trúc PCF truyền thống, giải pháp mở rộng không gian thiết kế thông qua việc kết hợp tối ưu hình học sợi với vật liệu thấm, tạo khả năng điều chỉnh linh hoạt chế độ tán sắc theo yêu cầu của nguồn sáng OCT. Giải pháp tạo tính toán và mô phỏng được nguồn SCG băng rộng với công suất đỉnh đầu vào thấp, chỉ khoảng 3 kW đối với cấu trúc ANDi (tương ứng năng lượng xung khoảng 0,12 nJ với xung bơm 40 fs), đồng thời vẫn duy trì phổ mượt, ít nhiễu và độ kết hợp phổ lớn hơn 0,95 trong dải bước sóng từ 1,3 đến 2,0 µm. Kết quả này góp phần giảm yêu cầu công suất đối với nguồn laser bơm, nâng cao tính khả thi trong triển khai các hệ thống OCT sử dụng nguồn SCG. Giải pháp xây dựng quy trình thiết kế và đánh giá hoàn chỉnh, từ tối ưu cấu trúc PCF, tính toán các đặc tính quang, giải số phương trình GNLSE để mô phỏng quá trình tạo SCG đến đánh giá trực tiếp hiệu năng của nguồn sáng đối với hệ thống OCT thông qua độ phân giải dọc trục trên nhiều loại mô sinh học. Cách tiếp cận này không chỉ mở rộng các nghiên cứu trong nước vốn chủ yếu tập trung vào thiết kế PCF và tạo SCG, mà còn cung cấp cơ sở khoa học và bộ thông số tối ưu cho quá trình chế tạo, kiểm chứng thực nghiệm PCF lõi lỏng, góp phần rút ngắn thời gian nghiên cứu, giảm chi phí thử nghiệm và tạo tiền đề cho việc hiện thực hóa các nguồn sáng SCG ứng dụng trong OCT cũng như các lĩnh vực quang tử khác.

Giải pháp có khả năng ứng dụng trong nghiên cứu và thiết kế nguồn SCG trên PCF phục vụ hệ thống OCT. Quy trình thiết kế và mô phỏng giúp tối ưu cấu trúc PCF trước khi chế tạo, rút ngắn thời gian nghiên cứu, giảm chi phí thử nghiệm và cung cấp cơ sở khoa học cho việc kiểm chứng thực nghiệm. Nguồn SCG thu được có phổ băng rộng, mượt, độ kết hợp cao và được đánh giá trực tiếp thông qua độ phân giải dọc trục trên nhiều loại mô sinh học, tạo tiền đề cho việc phát triển các hệ thống OCT. Giải pháp cũng có tiềm năng mở rộng sang các hướng ứng dụng trong quang phổ băng rộng, cảm biến quang và quang tử y sinh.

Giải pháp góp phần xây dựng quy trình thiết kế, tối ưu và đánh giá nguồn sáng phổ siêu liên tục trên sợi tinh thể quang tử phục vụ hệ thống chụp cắt lớp quang học. Việc sử dụng mô phỏng số để tối ưu cấu trúc sợi trước khi chế tạo giúp rút ngắn thời gian nghiên cứu, giảm số lượng mẫu thử và chi phí thực nghiệm, đồng thời nâng cao hiệu quả lựa chọn các cấu hình PCF phù hợp với yêu cầu ứng dụng. Về mặt khoa học và công nghệ, giải pháp bổ sung hướng nghiên cứu về sợi tinh thể quang tử lõi lỏng ứng dụng trong OCT, xây dựng cơ sở dữ liệu và bộ thông số thiết kế phục vụ các nghiên cứu chế tạo, kiểm chứng thực nghiệm và phát triển nguồn SCG trong nước. Kết quả của giải pháp cũng có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo trong đào tạo đại học, sau đại học và triển khai các đề tài nghiên cứu về quang phi tuyến, sợi quang và quang tử. Về mặt xã hội, giải pháp góp phần đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực quang tử và quang y sinh, nâng cao năng lực nghiên cứu của giảng viên, nghiên cứu viên và học viên sau đại học thông qua việc làm chủ các phương pháp mô phỏng, thiết kế và tối ưu sợi tinh thể quang tử. Giải pháp đồng thời thúc đẩy hình thành các nhóm nghiên cứu mạnh, tăng cường hợp tác nghiên cứu trong nước và quốc tế. Các công bố khoa học từ kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao uy tín của Đại học Huế và vị thế khoa học của thành phố Huế trong lĩnh vực quang học và quang tử.