Компакттуу жана бекем бардык катуу абалдагы орто инфракызыл (MIR) лазер 6,45 um жогорку орточо чыгаруу кубаттуулугу жана жакын Гаусс нурунун сапаты менен көрсөтүлдү. Максималдуу чыгаруу кубаттуулугу 1,53 Вт, импульстун туурасы болжол менен 42 нс 10 kHz ZnGeP2 (ZGP) оптикалык параметрдик осциллятору (OPO) аркылуу жетишилет.Орточо нурдун сапат коэффициенти M2=1,19 деп өлчөнөт.
Мындан тышкары, кубаттуулуктун 2 сааттын ичинде 1,35% rms кем өзгөрүшү менен жогорку кубаттуулуктун туруктуулугу тастыкталды жана лазер жалпысынан 500 сааттан ашык натыйжалуу иштей алат. Бул 6,45 um импульсту нурлануунун булагы катары колдонуу, жаныбардын абляциясы мээ кыртышы tested.Furthermore, күрөө зыян таасири теориялык жактан биринчи жолу талданган, биздин маалымат боюнча, жана натыйжалары бул MIR лазер мыкты абляция жөндөмдүүлүгүнө ээ экенин көрсөтүп турат, аны эркин электрон лазер үчүн потенциалдуу алмаштыруу болуп саналат.©2022 Optica Publishing Group

https://doi.org/10.1364/OL.446336

Орто-инфракызыл (MIR) 6,45 um лазердик нурлануу, анын олуттуу абляция ылдамдыгы жана минималдуу күрөө зыяны 【1】 артыкчылыгынан улам, жогорку тактыктагы медицина тармагында потенциалдуу колдонулушу мүмкүн. Раман лазерлери жана оптикалык параметрдик осциллятордун (OPO) же айырма жыштыктын генерациясынын (DFG) негизиндеги катуу абалдагы лазерлери көбүнчө 6,45 um лазер булактарында колдонулат. Бирок, FELдердин жогорку баасы, чоң өлчөмү жана татаал түзүлүшү алардын иштөөсүн чектейт. Колдонмо. Стронций буу лазерлери жана газ Раман лазерлери максаттуу тилкелерди ала алышат, бирок экөөнүн тең туруктуулугу начар, кыска сер-
Изилдөөлөр көрсөткөндөй, 6,45 um катуу абалдагы лазерлер биологиялык кыртыштарда термикалык зыяндын азыраак диапазонун жаратат жана ошол эле шарттарда алардын абляциялык тереңдиги FELдикине караганда тереңирээк, бул алардын мүмкүн экенин тастыктады. 【2】 биологиялык ткандардын абляциясы үчүн FELге эффективдүү альтернатива катары колдонулушу мүмкүн. Мындан тышкары, катуу абалдагы лазерлер компакт түзүлүштүн, жакшы туруктуулуктун жана артыкчылыктарга ээ.

стол үстүндө иштөө, аларды a6.45μn жарык булагын алуу үчүн келечектүү инструменттерге айлантуу.Белгилүү болгондой, сызыктуу эмес инфракызыл кристаллдар жогорку эффективдүү MIR лазерлерине жетүү үчүн колдонулган жыштыктарды өзгөртүү процессинде маанилүү ролду ойнойт. 4 um кесилген кыры бар оксиддик инфракызыл кристаллдарга салыштырмалуу, оксид эмес кристаллдар жакшы. Бул кристаллдарга халькогениддердин көбү кирет, мисалы, AgGaS2 （AGS）【3,41，LiInS2（LIS）【5,61， LilnSe2（LISe＀a０GBa＀8G, 】，жана BaGaSe（BGSe）【10-12】, ошондой эле CdSiP2（CSP）【13-16】жана ZnGeP2 （ZGP）【17】эффективдүү эмес эки сызыктуу кошулмалары бар. Мисалы, MIR нурлануусун CSP-OPO аркылуу алса болот. Бирок, көпчүлүк CSP-OPOлар ультра кыска (пико-жана фемтосекунд) убакыт шкаласында иштейт жана синхрондуу түрдө болжол менен 1 um режими кулпуланган лазерлер менен сордурулат. Тилекке каршы, булар синхрондуу түрдө сордурулган OPO SPOPO）системалары татаал орнотууга ээ жана кымбат. Алардын орточо кубаттуулугу 6,45 um【13-16】нын тегерегинде 100 мВттан төмөн. CSP кристаллына салыштырмалуу, ZGP лазердин зыяны жогору.shold (60 МВт/см2), жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүк (0,36 Вт/см К) жана салыштырмалуу сызыктуу эмес коэффициент (75pm/V)。Ошондуктан, ZGP жогорку кубаттуулуктагы же жогорку кубаттуулуктагы MIR сызыктуу эмес оптикалык кристалл болуп саналат. энергетикалык колдонмолор 【18-221.Мисалы, 2,93 um лазер менен сордурулган 3,8-12,4 um тюнинг диапазону менен жалпак-жалпак көңдөй ZGP-OPO демонстрацияланды. Бош жарыгынын максималдуу бир импульстук энергиясы 6,6 um болгон. 1,2 мДж 【201. 6,45 um өзгөчө толкун узундугу үчүн, 100 Гц кайталоо жыштыгында 5,67 мДж максималдуу бир импульстук энергияга ZGP кристаллынын негизиндеги тегиз эмес шакекче OPO көңдөйүн колдонуу менен жетишилди. Кайталоо менен жыштыгы 200Гц, орточо чыгаруу кубаттуулугу 0,95 Вт болду 【221. Бизге белгилүү болгондой, бул 6,45 um жеткен эң жогорку чыгаруу кубаттуулугу.Учурдагы изилдөөлөр ткандардын эффективдүү абляциясы үчүн жогорку орточо күч керек экенин көрсөтүп турат 【23】.Ошондуктан, практикалык жогорку кубаттуулуктагы 6,45 um лазер булагын иштеп чыгуу биологиялык медицинаны жайылтууда чоң мааниге ээ болмок.Бул катта биз жөнөкөй, компакттуу катуу абалдагы MIR 6,45 um лазер жөнүндө кабарлайбыз, ал жогорку орточо чыгаруу кубаттуулугуна ээ жана наносекунддук (ns) импульс 2,09 um менен сордурулган ZGP-OPO негизделген.

laser. 6,45 um лазердин максималдуу орточо чыгаруу кубаттуулугу 10 кГц кайталоо жыштыгында импульстун туурасы болжол менен 42 нс менен 1,53 Вт чейин жана ал эң сонун нур сапатына ээ. изилденип жатат. Бул иш лазердин ткандарды абляциялоонун эффективдүү ыкмасы экенин көрсөтүп турат, анткени ал лазердик скальпель катары иштейт.Эксперименттик түзүлүш 1-сүрөттө тартылган. ZGP-OPO үйдө жасалган LD-соргучу 2,09 um Ho:YAG лазери менен сордурулат, ал 10 кГцте 28 Вт орточо кубаттуулукту берет. импульстун узактыгы болжол менен 102 нс（ FWHM）жана нурдун сапатынын орточо коэффициенти M2 болжол менен 1,7.MI жана M2 бул эки 45 күзгү болуп саналат, алар 2,09 umмде өтө чагылдыруучу каптамага ээ. Бул күзгүлөр насостун нурунун багытын көзөмөлдөөгө мүмкүндүк берет. Эки фокустоочу линзалар (f1 =100мм) ,f2=100 мм) ZGP кристаллында болжол менен 3,5 мм нур диаметри менен нурларды коллимациялоо үчүн колдонулат. Оптикалык изолятор (ISO) насостун нурунун 2,09 um насос булагына кайтып келишин алдын алуу үчүн колдонулат. Жарым толкун пластина （HWP）2,09 um боюнча насостун жарыгынын поляризациясын контролдоо үчүн колдонулат. M3 жана M4 – OPO көңдөйүнүн күзгүлөрү, субстрат материалы катары жалпак CaF2 колдонулат. Алдыңкы күзгү M3 чагылууга каршы капталган (98%) насос үчүн 6,45 um бош жана 3,09 um сигнал толкундары үчүн нур жана жогорку чагылдыруу капталган (98%).um жана 3,09 um жана 6,45 um боштуктун жарым-жартылай берилишине мүмкүндүк берет.ZGP кристалл түрү-JⅡ фазасына 【2090.0 （o）6450.0 （o）+3091.9 （e）】 тиби үчүн 6-77.6 ° жана p = 45 ° кесилген, бул белгилүү бир параметрдик налогдорго жана белгилүү бир толкун узундугуна ылайыктуу I типтеги фазага дал келүү менен салыштырганда сызыктын кеңдиги. ZGP кристаллынын өлчөмдөрү 5мм x 6 мм x 25 мм жана ал жылмаланган жана жогоруда көрсөтүлгөн үч толкун үчүн эки четинде чагылдырууга каршы капталган. суу муздатуу менен жез жылуулук раковинага бекитилген（T=16）。Көңдөйүнүн узундугу 27 мм. OPOнун айлануу убактысы насостук лазер үчүн 0,537 нс. -on-I методу 【17】. ZGP кристаллынын зыян чеги экспериментте 10 кГц жыштыкта ​​0,11 Дж/см2 болуп ченелген, бул кубаттуулуктун эң жогорку тыгыздыгы 1,4 МВт/см2ге туура келген, бул төмөн. салыштырмалуу начар жабуунун сапаты.Түзүлгөн бош жарыктын чыгыш кубаттуулугу энергия өлчөгүч (D, OPHIR, 1 уВттан 3 Вт чейин) менен өлчөнөт, ал эми сигналдык жарыктын толкун узундугу спектрометр (APE, 1,5-6,3 м) тарабынан көзөмөлдөнөт. 6,45 um жогорку чыгаруу кубаттуулугун алуу, биз OPO параметрлеринин дизайнын оптималдаштырабыз. Сандык симуляция үч толкундуу аралаштыруу теориясынын жана параксиалдык таралуу 【24,25】；моделдештирүүнүн негизинде ишке ашырылат, биз эксперименттик шарттарга туура келген параметрлерди колдонуңуз жана мейкиндикте жана убакытта Гаусс профили менен кириш импульсун кабыл алыңыз. OPO чыгаруу күзгүсүнүн ортосундагы байланыш

өткөрүмдүүлүк, насостун кубаттуулугунун интенсивдүүлүгү жана өндүрүштүн эффективдүүлүгү бир эле учурда ZGP кристаллына жана оптикалык элементтерге зыян келтирбөө үчүн көңдөйдөгү насостун нурунун тыгыздыгын манипуляциялоо жолу менен оптималдаштырылган. ZGP-OPO операциясы үчүн W. Симуляцияланган натыйжалар 50% өткөрүмдүүлүк менен оптималдуу чыгаруу бириктиргич колдонулуп жатканда, максималдуу жогорку кубаттуулук тыгыздыгы ZGP кристаллында 2,6 x 10 Вт/см2 гана жана орточо чыгуу кубаттуулугун көрсөтөт. 1,5 Вттан жогору алууга болот. 2-сүрөттө 6,45 umм боюнча бош кыймылдаткычтын өлчөнгөн чыгуу кубаттуулугу менен түшкөн насостун кубаттуулугу ортосундагы байланыш көрсөтүлгөн. 2-сүрөттөн бош кыймылдаткычтын чыгуу кубаттуулугу монотондуу түрдө көбөйөрүн көрүүгө болот. Насостун босогосу 3,55ВА орточо насостун кубаттуулугуна туура келет, 1,53 Вт максималдуу иштебей турган чыгаруу кубаттуулугу насостун кубаттуулугунда болжол менен 18,7 Вт жетишилет, бул оптикалык-оптикалык конверсиянын натыйжалуулугуна туура келет.f болжол менен 8,20%% жана кванттык конверсия cfliciency 25,31%. Узак мөөнөттүү коопсуздук үчүн лазер максималдуу кубаттуулугунун 70% жакынында иштейт. Кубаттын туруктуулугу IW чыгаруу кубаттуулугу менен өлчөнөт. Fig.2 inset inset (a) көрсөтүлгөн. Бул өлчөнгөн кубаттуулуктун термелүүсү 2 саат ичинде 1,35% rms дан аз экендиги жана лазер жалпысынан 500 сааттан ашык эффективдүү иштей ала тургандыгы аныкталган. Сигнал толкунунун толкун узундугу Биздин экспериментте колдонулган спектрометрдин （APE，1,5-6,3 um） чектелген толкун узундугунун диапазонунан улам бош тургандын ордуна өлчөнөт. Ченилген сигналдын толкун узундугу 3,09 um борборлоштурулган жана сызыктын туурасы, көрсөтүлгөндөй, болжол менен 0,3 нм. 2-сүрөттүн ички бөлүгүндө (b). Бош кыймылдаткычтын борбордук толкун узундугу 6,45 um болуп чыгарылат. Бош кыймылдаткычтын импульстун туурасы фотодетектор (Thorlabs, PDAVJ10) тарабынан аныкталат жана санариптик осциллограф (Tcktronix) тарабынан жазылат (Tcktronix) ）。Типтүү осциллографтын толкун формасы 3-сүрөттө көрсөтүлгөн жана импульстун кеңдигин болжол менен 42 нс көрсөтөт. Импульстун туурасысызыктуу эмес жыштыктарды конверсиялоо процессинин убактылуу өсүү эффектиси менен 2,09 um насостун импульсуна салыштырмалуу 6,45 um бош кыймылдаткыч үчүн 41,18% тар. Натыйжада, тиешелүү бош жүрүүчү импульстун эң жогорку кубаттуулугу 3,56 кВт. Нурдун сапат фактору. 6,45 um боштук лазер нуру менен ченелет

анализатор （Spiricon,M2-200-PIII）1 Вт чыгаруу кубаттуулугунда, 4-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. нурдун сапатынын орточо коэффициенти M2=1,19. 4-сүрөттө Гаусс мейкиндигине жакын режимге ээ болгон эки өлчөмдүү (2D) нурдун интенсивдүүлүгүнүн профили көрсөтүлгөн. 6,45 um импульс эффективдүү абляцияны камсыздай турганын текшерүү үчүн, чочко мээсинин лазердик абляциясын камтыган далилдүү принциптүү эксперимент жүргүзүлөт. 6,45 um импульс нурун болжол менен 0,75 мм бел радиусуна фокустоо үчүн f=50 линзасы колдонулат. Чочконун мээ кыртышында абляциялануучу позиция лазер нурунун фокусуна жайгаштырылат. Биологиялык кыртыштын бетинин температурасы (T) радиалдык жайгашкан r функциясы катары термокамера (FLIR A615) менен абляция процессинде синхрондуу түрдө өлчөнөт. Нурлануунун узактыгы 1 ,2,4,6,10，жана 20 сек лазердик кубаттуулукта I Вт. Ар бир нурлануунун узактыгы үчүн алты үлгү позициясы блировкаланат:r=0,0,62,0,703,1.91,3.05，жана 4.14 мм нурлануу абалынын борбордук чекитине карата радиалдык багыт боюнча Fig.5.Квадраттар өлчөнгөн температура маалыматтары болуп саналат. кыртыштагы абляция позициясында нурлануунун узактыгы көбөйгөн сайын көбөйөт. r=0 борбордогу эң жогорку температура T 132,39,160,32,196,34，

205,57,206,95 жана 226,05C нурлануунун узактыгы 1,2，4,6,10，жана 20 сек. биологиялык кыртыш үчүн жылуулук өткөрүмдүүлүк теориясы126】жана биологиялык кыртышта лазердик таралуу теориясы 【27】чочко мээсинин оптикалык параметрлери менен айкалышкан 1281.
Модельдештирүү Гаусс нурун киргизүүнү болжолдоо менен ишке ашырылат. Экспериментте колдонулган биологиялык кыртыш чочконун мээ кыртышы бөлүнүп алынгандыктан, кандын жана зат алмашуунун температурага тийгизген таасири этибарга алынбайт, ал эми чочко мээ кыртышы жөнөкөйлөтүлгөн. Модельдештирүү үчүн цилиндрдин формасы. Модельдештирүүдө колдонулган параметрлер 1-таблицада жалпыланган. 5-сүрөттө көрсөтүлгөн катуу ийри сызыктар алты түрдүү нурлануу үчүн кыртыштын бетиндеги абляция борборуна карата симуляцияланган радиалдык температуранын бөлүштүрүлүшү болуп саналат. Алар борбордон периферияга чейин Гаусс температурасынын профилин көрсөтүшөт. 5-сүрөттөн эксперименталдык маалыматтар симуляцияланган натыйжалар менен жакшы айырмаланганы көрүнүп турат. нурлануунун узактыгы ар бир нурлануу үчүн көбөйгөн сайын абляция позициясы көбөйөт. Мурунку изилдөөлөр кыртыштагы клеткалар төмөнкү температурада толук коопсуз экенин көрсөттү.55C, бул клеткалар 5-сүрөттөгү ийри сызыктардын жашыл зонасында (T<55C) активдүү бойдон калаарын билдирет. Ар бир ийри сызыктын сары зонасы (55C)60C）。5-сүрөттө симуляцияланган абляция радиустары T=60°Care 0,774,0,873,0,993,1,071,1,198 жана 1,364 мм, 1,2,4， нурлануу узактыгы үчүн байкалат. 10 жана 20 сек, ал эми T=55C боюнча симуляцияланган абляция радиустары тиешелүүлүгүнө жараша 0,805,0,908,1,037,1,134,1,271, жана 1,456 мм. Абляциянын эффективдүүлүгүн сандык жактан талдоодо арка 281 өлүк клеткалар болуп саналат. 2,394,3,098,3,604,4,509, жана 5,845 мм2 1,2,4,6,10 жана 20с нурлануу үчүн. Күрөөлүк зыяндын аянты 0,003,0,0040,017,00,00. жана 0,027 mm2. Бул лазер абляция зоналары жана күрөө зыян зоналары нурлануунун узактыгы менен көбөйөрүн көрүүгө болот. Биз күрөө зыяндын коэффициентин 55C с T60C боюнча күрөө зыяндын аянтынын катышы деп аныктайбыз. Күрөөлүк зыяндын катышы табылган ар кандай нурлануу убакыттары үчүн 8,17%，8,18%，9,06%，12,11%，12,56%， жана 13,94% болушу, бул абляцияланган ткандардын күрөө зыяны аз экенин билдирет. Ошондуктан, комплекстүү экспериментаl маалыматтар жана моделдөө натыйжалары бул компакттуу, жогорку кубаттуулуктагы, бардык катуу абалдагы 6,45 um ZGP-OPO лазери биологиялык кыртыштардын эффективдүү абляциясын камсыздай турганын көрсөтүп турат. MIR импульстуу 6,45 um лазер булагы ns ZGP-OPO мамилесинин негизинде. 1,53 Вт максималдуу орточо кубаттуулук 3,65 кВт жогорку кубаттуулукта жана орточо нур сапат коэффициенти M2=1,19 менен алынды. Бул 6,45 um MIR нурлануусун колдонуу менен, a кыртыштын лазердик абляциясы боюнча принциптүү эксперимент аткарылды. Абляцияланган кыртыштын бетиндеги температуранын бөлүштүрүлүшү эксперименталдык түрдө өлчөнгөн жана теориялык жактан окшоштурулган. Ченелген маалыматтар симуляцияланган натыйжалар менен жакшы макулдашылган. Мындан тышкары, күрөө зыяны теориялык жактан талданган. биринчи жолу. Бул натыйжалар биздин столдун үстүндөгү 6,45 um болгон MIR импульстук лазерибиз биологиялык кыртыштарды эффективдүү абляциялоону сунуштай турганын жана медициналык жана биологиялык илимде практикалык курал болуу үчүн чоң потенциалга ээ экенин тастыктайт, анткени ал көлөмдүү FELди алмаштыра алат.лазердик скальпель.