Разработка интегрально-оптического преобразователя длины волны лазерного излучения для мобильного датчика вариабельности сердечного ритма
Основной причиной смертности в России являются сердечно-сосудистые заболевания, профилактика которых требует развития превентивной медицины. Эффективным методом профилактики является регулярная диагностика и мониторинг биологических систем организма. Важнейшим маркером, отражающим взаимодействие симпатической и парасимпатической частей нервной системы, выступает вариабельность сердечного ритма (ВСР), которая характеризует изменения временных интервалов между последовательными сокращениями сердца. Для предотвращения сердечно-сосудистых заболеваний важно точно регистрировать все интервалы ВСР. Оптические датчики в смарт-часах и фитнес-браслетах благодаря своей мобильности и низкому энергопотреблению подходят для мониторинга сердечно-сосудистой системы. Эти датчики состоят из источника излучения и детектора. Источник оптического излучения направляет свет на участок кожи, расположенный рядом с периферическими сосудами; часть света поглощается тканями, включая кровь в сосудах, а остальная часть отражается и регистрируется детектором. В ходе сердечных циклов объем крови в сосудах изменяется, и эти изменения фиксируются детектором как колебания интенсивности отражённого излучения, что позволяет регистрировать пульс. Для точности измерений важны такие параметры, как длина волны, монохроматичность и плотность мощности излучения. Зеленый свет оптимален из-за его максимального поглощения кровью, а монохроматичность снижает шумы, повышая точность измерений. Во всех оптических датчиках, представленных на рынке, источником излучения выступает светодиод, что обеспечивает низкую стоимость конечного устройства. Однако характеристики светодиодного излучения не позволяют точно оценить ВСР, поэтому устройства на таких датчиках используются преимущественно как пульсометры. Исследования показывают, что лазерное излучение имеет преимущества при измерении биологических параметров человека, включая ВСР. Сфокусированное зелёное монохроматичное лазерное излучение позволяет значительно повысить чувствительность датчика к изменениям ВСР, а также измерять насыщенность крови кислородом и артериальную жёсткость. Однако традиционные источники зелёного лазерного излучения имеют крупные размеры и высокое энергопотребление, что делает их непригодными для использования в мобильных носимых устройствах. Необходима технология создания компактных источников лазерного излучения в зелёном диапазоне с низким энергопотреблением. Для решения этой задачи настоящий проект предлагает следующее: разработать интегрированный источник зелёного лазерного излучения на основе ИК-источника и преобразователя длины волны с использованием нелинейно-оптических эффектов. Целью проекта является разработка и создание фотонной интегральной схемы на основе оптически-нелинейного материала для генерации второй гармоники на ИК-лазерном излучении и корпусирование чипа и приёмника для проведения практических испытаний устройства.