Laser pertengahan infrabeureum （MIR） anu kompak sareng teguh dina 6,45 um kalayan kakuatan kaluaran rata-rata luhur sareng kualitas sinar Gaussian anu caket ditingalikeun. Daya kaluaran maksimal 1,53 W kalayan lebar pulsa sakitar 42 ns dina 10 kHz dihontal ngagunakeun ZnGeP2（ZGP）osilator parametrik optik （OPO）。 Ieu mangrupikeun kakuatan rata-rata pangluhurna dina 6,45 um tina sagala laser sadaya-kaayaan-padet pikeun pangaweruh urang.Faktor kualitas balok rata-rata diukur nyaéta M2=1.19.
Leuwih ti éta, stabilitas kakuatan kaluaran tinggi dikonfirmasi, ku turun naek kakuatan kirang ti 1.35% rms leuwih 2 h, sarta laser nu bisa ngajalankeun éfisién pikeun leuwih ti 500 h dina total.Using ieu pulsa 6.45 um salaku sumber radiasi, ablation sato. jaringan otak diuji.Saterusna, pangaruh karuksakan jaminan ieu téoritis dianalisis pikeun kahiji kalina, pikeun pangalusna pangaweruh urang, sarta hasil nunjukkeun yén laser MIR ieu miboga kamampuh ablation alus teuing, sahingga ngagantian poténsial pikeun laser éléktron bébas.©2022 Optica Publishing Grup
https://doi.org/10.1364/OL.446336
Radiasi laser pertengahan infra red（MIR）6,45 um ngabogaan aplikasi poténsial dina widang ubar-precision tinggi alatan kaunggulan miboga laju ablation badag jeung karuksakan jaminan minimal 【1】.Laser éléktron bébas （FELs），laser uap strontium,gas. Laser Raman, sareng laser solid-state dumasar kana osilator paramet-ric optik (OPO) atanapi generasi frékuénsi bédana （DFG） biasana dianggo 6,45 um sumber laser. Nanging, biaya tinggi, ukuran ageung, sareng struktur kompleks FEL ngawatesan aranjeunna. Aplikasi.Laser uap Strontium sareng laser Raman gas tiasa kéngingkeun pita target, tapi duanana gaduh stabilitas anu goréng, sertipikat anu pondok.
vice hirup, sarta merlukeun perawatan kompléks.Studies némbongkeun yén 6,45 um laser solid-state ngahasilkeun rentang umur bendungan termal leutik dina jaringan biologis sarta yén jero ablation maranéhanana nyaéta deeper ti FEL dina kaayaan anu sarua, nu diverifikasi yén maranéhna bisa. dipaké salaku alternatif éféktif pikeun FELs pikeun ablation jaringan biologis 【2】. Salaku tambahan, laser solid-state boga kaunggulan struktur kompak, stabilitas alus, sarta
operasi tabletop, nyieun eta parabot ngajangjikeun pikeun meunangkeun sumber cahaya a6.45μn.Sakumaha dipikanyaho, kristal infra red nonlinier maénkeun peran anu penting dina prosés konvérsi frékuénsi anu dianggo pikeun ngahontal laser MIR berprestasi tinggi. cocog pikeun ngahasilkeun lasers MIR. Kristal ieu ngawengku lolobana chalcogenides, kayaning AgGaS2 （AGS）【3,41，LiInS2（LIS）【5,61， LilnSe2 （LISe）【7】，BaGaS）【7】，BaGaS） 】，jeung BaGaSe（BGSe）【10-12】，sareng sanyawa fosfor CdSiP2（CSP）【13-16】jeung ZnGeP2（ZGP）【17】；Kanggo dua non-linear kofficient anu terakhir duanana mibanda rela-ar. Contona, radiasi MIR tiasa didapet nganggo CSP-OPOs. Tapi, lolobana CSP-OPOs beroperasi dina skala ultrashort （pico-jeung femtosecond） sarta sinkron dipompa ku kurang leuwih 1 um mode-dikonci lasers. Hanjakal, ieu synchronously ngompa OPO（ Sistem SPOPO） gaduh setelan anu rumit sareng mahal. Daya rata-ratana ogé langkung handap tina 100 mW sakitar 6,45 um【13-16】. Dibandingkeun sareng kristal CSP, ZGP ngagaduhan karusakan laser anu langkung ageung tilu kali.shold (60 MW / cm2), konduktivitas termal anu langkung luhur (0,36 W / cm K), sareng koefisien nonlinier anu dibandingkeun (75pm / V). aplikasi énergi 【18-221.Contona, hiji rongga datar-datar ZGP-OPO kalawan rentang tuning of 3.8-12.4 um dipompa ku laser 2.93 um ieu demonstrate. Énergi single-pulsa maksimum lampu idler dina 6.6 um éta. 1.2 mJ 【201. Pikeun panjang gelombang spésifik 6.45 um, énergi pulsa tunggal maksimum 5.67 mJ dina frékuénsi pengulangan 100 Hz dihontal ngagunakeun rongga OPO ring non-planar dumasar kana kristal ZGP. Kalayan pengulangan. frékuénsi 200Hz, kakuatan kaluaran rata-rata 0,95 W ngahontal 【221. Sajauh kami sadar, ieu kakuatan kaluaran pangluhurna kahontal dina 6,45 um.Panalitian anu aya nunjukkeun yén kakuatan rata-rata anu langkung luhur dipikabutuh pikeun ablasi jaringan anu épéktip 【23】. Ku sabab éta, pamekaran sumber laser 6,45 um praktis kakuatan tinggi bakal penting pisan dina promosi ubar biologis.Dina Surat ieu, kami ngalaporkeun laser MIR 6.45 um anu sederhana, kompak sadaya-nagara padet anu gaduh kakuatan kaluaran rata-rata anu luhur sareng didasarkeun kana ZGP-OPO anu dipompa ku nanosecond（ns）-pulsa 2.09 um.
Daya kaluaran rata-rata maksimum laser 6,45 um dugi ka 1,53 W kalayan lebar pulsa sakitar 42ns dina frékuénsi pengulangan 10 kHz, sareng gaduh kualitas sinar anu saé. Pangaruh ablating tina laser 6,45 um dina jaringan sato. ieu investigated. Karya ieu nunjukeun yen laser mangrupa pendekatan éféktif pikeun ablation tissuc sabenerna, sabab meta salaku scalpel laser.Setélan ékspérimén digambar dina Gbr.1. ZGP-OPO dipompa ku laser home-made LD-pompa 2.09 um Ho:YAG anu nganteurkeun daya rata-rata 28 W dina 10 kHz. kalayan durasi pulsa sakitar 102 ns（ FWHM) sareng faktor kualitas pancaran rata-rata M2 sakitar 1.7.MI sareng M2 mangrupikeun dua kaca spion 45 kalayan palapis anu réfléktif pisan dina 2.09 um. Kaca spion ieu ngaktifkeun kontrol arah sinar pompa. Dua lensa fokus (f1 = 100mm). ,f2=100 mm）dilarapkeun pikeun collimation beam kalayan diaméter balok kira-kira 3.5 mm dina kristal ZGP.Isolator optik （ISO）digunakeun pikeun nyegah sinar pompa balik deui ka sumber pompa 2.09 um.Pelat satengah gelombang. （HWP）di 2.09 um dipaké pikeun ngadalikeun polarisasi lampu pompa.M3 jeung M4 anu OPO kaca spion, kalawan CaF2 datar dipaké salaku substrat material.The eunteung hareup M3 nyaeta anti-pantulan coated（98%）pikeun pompa. Beam sareng pantulan luhur dilapis （98%） pikeun 6.45 um idler sareng 3.09 um gelombang sinyal. Eunteung kaluar-nunda M4 réfléktif pisan（98%） dina 2.09um na 3,09 um sarta ngamungkinkeun transmisi parsial 6,45 um idler.Kristal ZGP dipotong dina 6-77.6 ° jeung p = 45 ° pikeun tipe-JⅡ fase cocog 【2090.0 （o）6450.0 （o）+3091.9 （e）】, anu leuwih cocog pikeun panjang gelombang husus paramétrik jeung ngahasilkeun cahaya. linewidth dibandingkeun jeung tipe-I fase matching.The dimensi kristal ZGP anu 5mm x 6 mm x 25 mm,sarta geus digosok jeung anti-pantulan coated on duanana facets tungtung pikeun tilu waves.It di luhur dibungkus dina indium foil jeung dibereskeun dina tilelep panas tambaga jeung cooling cai （T=16）（T = 16）（T = 16））. Panjang rongga nyaéta 27 mm.The babak-lalampahan waktos OPO nyaeta 0.537 ns pikeun laser pompa.We diuji bangbarung karuksakan tina kristal ZGP ku R. Metoda -on-I 【17】. Ambang karuksakan kristal ZGP diukur 0,11 J/cm2 dina 10 kHz. kualitas palapis rélatif goréng.Daya kaluaran lampu idler anu dihasilkeun diukur ku méteran énergi (D,OPHIR,1 uW ka 3 W), sareng panjang gelombang lampu sinyal dipantau ku spéktrométer (APE, 1.5-6.3 m). kéngingkeun kakuatan kaluaran anu luhur 6,45 um, urang ngaoptimalkeun desain parameter OPO. Simulasi numerik dilaksanakeun dumasar kana téori campuran tilu gelombang sareng persamaan rambatan paraxial 【24,25】； dina simulasi, urang ngagunakeun parameter anu saluyu sareng kaayaan ékspérimén sareng nganggap pulsa input kalayan profil Gaussian dina rohangan sareng waktos. Hubungan antara eunteung kaluaran OPO
transmitansi, inténsitas kakuatan pompa, sareng efisiensi kaluaran dioptimalkeun ku ngamanipulasi dénsitas sinar pompa dina rohangan pikeun ngahontal kakuatan kaluaran anu langkung luhur bari sakaligus ngahindarkeun karusakan kana kristal ZGP sareng unsur optik. W pikeun operasi ZGP-OPO. Hasil simulasi nunjukkeun yén nalika gandeng kaluaran optimal kalayan transmisi 50% dianggo, kapadetan kakuatan puncak maksimal ngan ukur 2,6 x 10 W / cm2 dina tangisan ZGP, sareng kakuatan kaluaran rata-rata. langkung ti 1,5 W tiasa didapet. Gambar 2 nunjukkeun hubungan antara kakuatan kaluaran anu diukur tina idler dina 6,45 um sareng kakuatan pompa kajadian. Ieu tiasa ditingali tina Gbr.2 yén kakuatan kaluaran idler ningkat sacara monoton sareng Pompa kajadian power.The bangbarung pompa pakait jeung kakuatan pompa rata-rata 3.55WA kakuatan kaluaran idler maksimum 1.53 W kahontal dina kakuatan pompa kira 18.7 W, nu pakait jeung efisiensi konversi optik-to-optik of kurang leuwih 8,20%% sarta cfliciency konversi kuantum of 25,31%. Pikeun kaamanan jangka panjang, laser dioperasikeun di deukeut 70% tina kakuatan kaluar maksimum na. Stabilitas kakuatan diukur dina kakuatan kaluaran IW, sakumaha Ditémbongkeun dina inset （a） dina Gbr.2. Kapanggih yén fluktuasi kakuatan anu diukur kirang ti 1.35%rms dina 2 jam, sareng yén laser tiasa dioperasikeun éfisién salami langkung ti 500 jam total. Panjang gelombang gelombang sinyal. diukur tinimbang nu idler alatan rentang panjang gelombang kawates spéktrométer （APE，1.5-6.3 um） dipaké dina percobaan urang. Panjang gelombang sinyal diukur dipuseurkeun di 3.09 um jeung lebar garis kira 0.3 nm, sakumaha ditémbongkeun. dina inset （b） tina Gbr.2. Panjang gelombang puseur idler ieu lajeng deduced janten 6.45um. Lebar pulsa idler dideteksi ku photodetector a (Thorlabs, PDAVJ10) sarta dirékam ku oscilloscope digital (Tcktronix，2GHz ）. Bentuk gelombang oscilloscope has dipidangkeun dina Gbr.3 sareng nunjukkeun lebar pulsa sakitar 42 ns. Lebar pulsanyaeta 41,18% narrower pikeun 6,45 um idler dibandingkeun jeung 2,09 um pompa pulsa alatan gain temporal narrowing pangaruh tina prosés konversi frékuénsi nonlinier. 6,45 um idler diukur ku sinar laser
Analyzer （Spiricon,M2-200-PIII） dina 1 W daya kaluaran, sapertos anu dipidangkeun dina Gbr.4. Nilai diukur tina M2 sareng M，2 nyaéta 1.32 sareng 1.06 sapanjang sumbu x sareng sumbu y, masing-masing, pakait sareng faktor kualitas balok rata-rata M2=1.19. The insct of Gbr.4 nembongkeun dua diménsi （2D） profil inténsitas balok, nu ngabogaan mode spasial deukeut-Gaussian. Pikeun pariksa yen 6.45 um pulsa nyadiakeun abla-tion éféktif, percobaan bukti-of-prinsip ngalibetkeun laser ablation otak babi dilumangsungkeun. Hiji lensa f=50 ieu padamelan pikeun museurkeun beam pulsa 6,45 um ka radius cangkéng ngeunaan 0,75 mm. Posisi ablated dina jaringan otak babi. Ditempatkeun dina fokus sinar laser. Suhu permukaan （T） jaringan biologis salaku fungsi tina lokasi radial r diukur-ured ku thermocamera（FLIR A615） sinkron salila prosés ablation. Durasi irradiation nyaéta 1 ,2,4,6,10, jeung 20 s dina kakuatan laser I W. Pikeun unggal durasi irradiation, genep posisi sampel anu blated: r = 0,0.62,0.703,1.91,3.05, sarta 4.14 mm sapanjang arah radial nu aya kaitannana ka titik puseur posisi irradiation, sakumaha ditémbongkeun dina Gbr.5.The kuadrat nyaéta data suhu diukur.Hal ieu kapanggih dina Gbr.5 yén suhu permukaan. dina posisi ablasi dina jaringan nambahan kalayan ngaronjatna durasi iradiasi. Suhu-suhu pangluhurna T di titik puseur r = 0 nyaéta 132.39.160.32.196.34，
205.57.206.95, sarta 226.05C pikeun durasi irradiation of 1,2, 4,6,10 jeung 20 s, masing-masing. téori konduksi termal pikeun jaringan biologis126】jeung téori rambatan laser dina jaringan biologis 【27】digabungkeun jeung parameter optik otak babi 1281.
Simulasi dilaksanakeun kalayan asumsi input Gaussian beam. Kusabab jaringan biologis anu dianggo dina percobaan nyaéta jaringan otak babi terasing, pangaruh getih sareng métabolisme dina suhu teu dipaliré, sareng jaringan otak babi disederhanakeun kana Bentuk silinder pikeun simulasi-tion.Parameter anu digunakeun dina simulasi diringkeskeun dina Tabel 1. Kurva padet anu dipidangkeun dina Gbr.5 nyaéta distribusi suhu radial simulasi anu aya kaitannana ka pusat ablasi dina permukaan jaringan pikeun genep irradiasi anu béda. Éta nunjukkeun profil suhu Gaussian ti pusat ka periphery. Kabuktian tina Gbr.5 yén data ékspérimén saluyu sareng hasil simulasi. Éta ogé katingali tina Gbr.5 yén suhu simulasi di tengah-tengah. posisi ablasi naek salaku durasi iradiasi-tion naek pikeun tiap irradiation.Panaliti saméméhna geus ditémbongkeun yén sél dina jaringan anu sampurna aman dina suhu-peratures handap.55C, hartina sél tetep aktip dina zona héjo （T<55C） tina kurva dina Gbr.5. Zona konéng unggal kurva（55C60C）.Hal ieu tiasa dititénan dina Gbr.5 yén radii ablasi simulasi dina T = 60 ° Care0.774,0.873,0.993,1.071,1.198 sareng 1.364 mm, masing-masing, pikeun durasi iradiasi 1,2,4,6, 10, sarta 20s, sedengkeun radii ablasi simulasi atT = 55C nyaéta 0.805,0.908,1.037,1.134,1.271, sarta 1.456 mm, masing-masing. Kana kuantitatif analisa pangaruh ablation, arca jeung 1 sél maot kapanggih 88, 2.394,3.098,3.604,4.509, sarta 5.845 mm2 pikeun 1,2,4,6,10, sarta 20s iradiasi, masing-masing. Wewengkon kalawan aréa ruksakna jaminan kapanggih 0.003,0.0040.006,0.013,013, jeung 0,027 mm2. Ieu bisa ditempo yén zona ablation laser jeung zona ruksakna jaminan naek jeung irradiation duration.We nangtukeun rasio ruksakna jaminan jadi babandingan wewengkon karuksakan jaminan dina 55C s T60C. Rasio karuksakan jaminan kapanggih. janten 8,17%, 8,18%, 9,06%, 12,11%, 12,56%, sareng 13,94% kanggo waktos iradiasi anu béda-béda, anu hartosna karusakan jaminan jaringan ablated leutik.l data sareng hasil simulasi nunjukkeun yén kompak ieu, kakuatan tinggi, sadaya-solid-state 6,45 um ZGP-OPO laser nyayogikeun ablasi épéktip jaringan biologis. MIR pulsed 6,45 um sumber laser dumasar kana pendekatan ns ZGP-OPO. Kakuatan rata-rata maksimum 1,53 W dicandak ku kakuatan puncak 3.65kW sareng faktor kualitas balok rata-rata M2 = 1.19. Ngagunakeun ieu 6,45 um radiasi MIR,a percobaan bukti-of-prinsip dina ablation laser jaringan ieu dipigawé.Distribusi suhu dina beungeut jaringan ablated ieu sacara ékspériméntal diukur sarta téoritis simu-lated.Data diukur sapuk ogé kalawan hasil simulated.Leuwih ti éta, karuksakan jaminan ieu téoritis dianalisis. Pikeun kahiji kalina. Hasil ieu pariksa yen tabletop MIR laser pulsa kami di 6,45 um nawarkeun ablation éféktif tissucs biologis sarta boga potensi gede pikeun jadi alat praktis dina elmu médis sarta biologi, sabab bisa ngaganti FEL gede pisan salaku.a laser scalpel.