Yo demontre yon lazè mitan-enfrawouj （MIR） tout eta solid kontra ak solid nan 6.45 um ak gwo pouvwa pwodiksyon mwayèn ak bon jan kalite gwo bout bwa tou pre Gaussian demontre. kHz reyalize lè l sèvi avèk yon osilator parametrik ZnGeP2 (ZGP) optik (OPO).Faktè kalite gwo bout bwa mwayèn mezire yo dwe M2 = 1.19.
Anplis, estabilite pouvwa pwodiksyon segondè konfime, ak yon fluctuation pouvwa a mwens pase 1.35% rms sou 2 h, ak lazè a ka kouri avèk efikasite pou plis pase 500 h nan total. Sèvi ak sa a batman kè 6.45 um kòm yon sous radyasyon, ablasyon nan bèt. se tisi nan sèvo teste.Anplis de sa, efè domaj kolateral la teyorikman analize pou premye fwa, nan pi bon nan konesans nou an, ak rezilta yo endike ke lazè MIR sa a gen kapasite ablasyon ekselan, fè li yon ranplasman potansyèl pou lazè elèktron gratis.©2022 Optica Publishing Group
https://doi.org/10.1364/OL.446336
Mid-enfrawouj（MIR）6.45 um radyasyon lazè gen aplikasyon potansyèl nan domèn medikaman wo presizyon akòz avantaj li yo nan yon pousantaj ablation sibstansyèl ak domaj kolateral minim 【1】.Lazè elèktron gratis （FELs）, lazè vapè stronsyòm, gaz. Lazè Raman, ak lazè solid-state ki baze sou yon osilator optik paramèt-rik (OPO) oswa jenerasyon frekans diferans (DFG) yo souvan itilize sous lazè 6.45 um. Sepandan, pri a wo, gwo gwosè, ak estrikti konplèks nan FEL mete restriksyon sou yo. aplikasyon.Lazè vapè Strontium ak lazè Raman gaz ka jwenn bann sib yo, men tou de gen estabilite pòv, kout sèr.
Vis vi, epi mande pou antretyen konplèks. Etid yo te montre ke 6.45 um lazè solid-eta pwodui yon pi piti ranje tèmik laj-laj nan tisi byolojik ak ke pwofondè ablasyon yo pi fon pase sa yo ki nan yon FEL nan menm kondisyon yo, ki verifye ke yo kapab. dwe itilize kòm yon altènatif efikas nan FELs pou ablasyon tisi byolojik 【2】.Anplis de sa, lazè solid-eta gen avantaj ki genyen nan yon estrikti kontra enfòmèl ant, bon estabilite, ak
operasyon tablèt, fè yo zouti pwomèt pou jwenn sous limyè a6.45μn.Kòm se byen li te ye, kristal enfrawouj ki pa lineyè jwe yon wòl enpòtan nan pwosesis konvèsyon frekans yo itilize pou reyalize lazè MIR pèfòmans segondè. Konpare ak kristal enfrawouj oksid ak yon kwen koupe 4 um, kristal ki pa oksid yo byen. adapte a jenere lazè MIR. Kristal sa yo gen ladan pi fò nan chalcogenides yo, tankou AgGaS2 （AGS）【3,41，LiInS2 （LIS）【5,61， LilnSe2 （LISe）【7】GS）【7】S０） 】，ak BaGaSe（BGSe）【10-12】，kòm byen ke konpoze fosfò CdSiP2（CSP）【13-16】ak ZnGeP2 （ZGP）【17】 gen de (2) relativman pi gwo. egzanp, radyasyon MIR ka jwenn lè l sèvi avèk CSP-OPOs. Sepandan, pifò CSP-OPO yo opere sou yon echèl tan ultrashort （pico-ak femtosecond） epi yo ponpe yon fason senkronik pa apeprè 1 um mòd-bloke lazè. SPOPO）sistèm yo gen yon konfigirasyon konplèks epi yo koute chè. Pouvwa mwayèn yo tou pi ba pase 100 mW nan anviwon 6.45 um【13-16】.Konpare ak CSP kristal, ZGP gen yon pi wo domaj lazè thre.shold（60 MW/cm2），yon konduktivite tèmik ki pi wo (0.36 W/cm K）), ak yon koyefisyan ki pa lineyè konparab (75pm/V）). Se poutèt sa, ZGP se yon ekselan kristal optik ki pa lineyè MIR pou gwo pouvwa oswa gwo aplikasyon enèji 【18-221.Pou egzanp, yon kavite plat-plat ZGP-OPO ak yon seri akor 3.8-12.4 um ponpe pa yon lazè 2.93 um te demontre. Enèji maksimòm yon sèl-batman kè limyè a idler nan 6.6 um te demontre. 1.2 mJ 【201.Pou longèdonn espesifik 6.45 um, yon enèji maxi-maman sèl-puls 5.67 mJ nan yon frekans repetisyon 100 Hz te reyalize lè l sèvi avèk yon kavite OPO bag ki pa planè ki baze sou yon kristal ZGP.Ak yon repetisyon. frekans nan 200Hz, yo te rive jwenn yon pouvwa pwodiksyon mwayèn nan 0.95 W 【221.Os lwen ke nou konnen, sa a se pouvwa pwodiksyon ki pi wo reyalize nan 6.45 um.Etid ki deja egziste yo sijere ke yon pi gwo pouvwa mwayèn nesesè pou ablasyon tisi efikas 【23】.Se poutèt sa, devlopman nan yon pratik gwo pouvwa 6.45 um sous lazè ta gen gwo siyifikasyon nan pwomosyon nan medikaman byolojik.Nan Lèt sa a, nou rapòte yon lazè MIR 6.45 um ki senp ak tout eta solid ki gen yon gwo pouvwa pwodiksyon mwayèn epi ki baze sou yon ZGP-OPO ponpe pa yon nanosegonn (ns)-puls 2.09 um.
lazè.Pwisans maksimòm pwodiksyon mwayèn nan 6.45 um lazè a se jiska 1.53 W ak yon lajè batman kè apeprè 42ns nan yon frekans repetisyon nan 10 kHz, epi li gen bon jan kalite gwo bout bwa ekselan. Efè a ablasyon nan lazè a 6.45 um sou tisi bèt. se envestige.Travay sa a montre ke lazè a se yon apwòch efikas pou ablasyon tisi aktyèl, paske li aji kòm yon bistouri lazè.Konfigirasyon eksperimantal la trase nan Fig.1. ZGP-OPO a ponpe pa yon lazè LD-pompe 2.09 um Ho:YAG ki fèt lakay ki bay 28 W nan pouvwa mwayèn nan 10 kHz. ak yon dire batman nan apeprè 102 ns（ FWHM）ak yon faktè bon jan kalite travès mwayèn M2 apeprè 1.7.MI ak M2 se de 45 miwa ak yon kouch ki trè reflektif nan 2.09 um. Miwa sa yo pèmèt kontwòl direksyon nan gwo bout bwa ponp lan. De lantiy konsantre (f1 = 100mm). ,f2 = 100 mm) yo aplike pou kolimasyon gwo bout bwa ak yon dyamèt gwo bout bwa apeprè 3.5 mm nan kristal ZGP.Yon izolatè optik (ISO) yo itilize pou anpeche gwo bout bwa ponp lan retounen nan sous ponp 2.09 um.Yon plak mwatye vag. （HWP）nan 2.09 um yo itilize pou kontwole polarizasyon limyè ponp lan.M3 ak M4 se miwa kavite OPO, ak plat CaF2 itilize kòm materyèl substrate.Iwa devan M3 la se anti-refleksyon kouvwi（98%）pou ponp lan. gwo bout bwa ak gwo-refleksyon kouvwi （98%） pou 6.45 um idler ak 3.09 um vag siyal.um ak 3.09 um epi li pèmèt transmisyon pasyèl 6.45 um idler la.Se kristal ZGP koupe nan 6-77.6 ° andp = 45 ° pou kalite-JⅡ faz matche 【2090.0 （o）6450.0 （o）+3091.9 （e）】，ki se pi plis apwopriye pou yon yieldarrow paramètrwa espesifik. linewidth konpare ak kalite-I faz matche. Dimansyon yo nan kristal la ZGP yo se 5mm x 6 mm x 25 mm, epi li se poli ak anti-refleksyon kouvwi sou tou de fasèt fen pou twa vag ki anwo yo.Li vlope nan papye endyòm ak fiks nan yon koule chalè kòb kwiv mete ak refwadisman dlo（T = 16）。Longè kavite a se 27 mm. Tan an ale nan OPO a se 0.537 ns pou lazè ponp lan.Nou teste papòt la domaj nan kristal la ZGP pa R la. -on-I metòd 【17】.Papòt domaj nan kristal ZGP la te mezire yo dwe 0.11 J / cm2 nan 10 kHz.nan eksperyans la, ki koresponn ak yon dansite pouvwa pik nan 1.4 MW / cm2, ki se ba akòz la relativman pòv bon jan kalite kouch.Pouvwa pwodiksyon limyè idler pwodwi a mezire pa yon mèt enèji (D, OPHIR, 1 uW a 3 W), epi longèdonn limyè siyal la kontwole pa yon espektwomèt (APE, 1.5-6.3 m). jwenn yon pouvwa pwodiksyon segondè nan 6.45 um, nou optimize konsepsyon an nan paramèt OPO a. Yon simulation nimerik te pote soti ki baze sou teyori melanje twa-ond ak cquations pwopagasyon paraksial 【24,25】；nan simulation la, nou anplwaye paramèt ki koresponn ak kondisyon eksperimantal yo epi sipoze yon batman kè ak yon pwofil Gaussian nan espas ak tan. Relasyon ki genyen ant glas pwodiksyon OPO.
Transmisyon, entansite pouvwa ponp, ak efikasite pwodiksyon optimize pa manipile dansite gwo bout bwa ponp lan nan kavite a pou reyalize pi gwo pouvwa pwodiksyon pandan y ap evite domaj nan kristal ZGP ak eleman optik yo. Kidonk, pi gwo pouvwa ponp lan limite a apeprè 20. W pou operasyon ZGP-OPO. Rezilta simulation yo montre ke pandan y ap itilize yon kouple pi bon pwodiksyon ak yon transmisyon 50%, dansite maksimòm pouvwa pik la se sèlman 2.6 x 10 W / cm2 nan kristal ZGP, ak yon pouvwa pwodiksyon mwayèn. Ou ka jwenn plis pase 1.5 W. Figi 2 montre relasyon ki genyen ant pouvwa pwodiksyon mezire idler a nan 6.45 um ak pouvwa ponp ensidan an. Li ka wè nan Fig.2 ke pouvwa pwodiksyon idler la ogmante monotone ak la. Ensidan ponp pouvwa.Papòt ponp lan koresponn ak yon pouvwa ponp mwayèn nan 3.55WA maksimòm pouvwa pwodiksyon idler nan 1.53 W reyalize nan yon pouvwa ponp nan apeprè 18.7 W, ki koresponn ak yon efikasite konvèsyon optik-a-optik of apeprè 8.20%% ak yon konvèsyon pwopòsyon cfficincy de 25.31%. Pou sekirite alontèm, lazè a opere nan prèske 70% nan maksimòm soti-put pouvwa li yo. Estabilite pouvwa a mezire nan yon pouvwa pwodiksyon nan IW, kòm montre nan ensèk (a) nan Fig.2. Li jwenn ke fluctuation nan pouvwa mezire se mwens pase 1.35% rms nan 2 èdtan, e ke lazè a ka opere avèk efikasite pou plis pase 500 èdtan nan total. Longèdonn vag siyal la. se mezire olye de sa yo ki nan idler la akòz ranje a longèdonn limite nan espektwomèt la (APE，1.5-6.3 um) yo itilize nan eksperyans nou an. Longèdonn siyal la mezire santre nan 3.09 um ak lajè liy lan se apeprè 0.3 nm, jan yo montre. nan ensèk (b) nan Fig.2. Longèdonn santral la nan idler a Lè sa a, dedwi yo dwe 6.45um. Lajè batman kè a nan idler la detekte pa yon fotodetektè (Thorlabs, PDAVJ10) ak anrejistre pa yon osiloskop dijital (Tcktronix, 2GHz). ）。Yon fòm ond osiloskop tipik yo montre nan Fig.3 epi li montre yon lajè batman kè ki apeprè 42 ns. Lajè batman an.se 41.18% pi etwat pou 6.45 um idler la konpare ak 2.09 um ponp batman kè a akòz efè rediksyon tanporèl nan pwosesis konvèsyon frekans ki pa lineyè. Kòm yon rezilta, korespondan idler batman kè pik pouvwa a se 3.56kW.Faktè a bon jan kalite gwo bout bwa nan la. 6.45 um idler mezire ak yon reyon lazè
analyser (Spiricon, M2-200-PIII) nan 1 W nan pouvwa pwodiksyon, jan yo montre nan Fig.4. Valè yo mezire nan M2 ak M，2 yo se 1.32 ak 1.06 sou aks la x ak aks la, respektivman, ki koresponn ak yon faktè bon jan kalite gwo bout bwa mwayèn nan M2 = 1.19.The insct nan Fig.4 montre pwofil entansite gwo bout bwa ki genyen de dimansyon (2D), ki gen yon mòd espasyal tou pre Gaussian. Pou verifye ke batman kè 6.45 um bay abla-syon efikas, se yon eksperyans prèv-de-prensip ki enplike ablasyon lazè nan sèvo kochon te fè soti. yo mete nan konsantre nan reyon lazè a. Tanperati sifas （T） nan tisi byolojik la kòm yon fonksyon nan kote radial r la mezire pa yon tèmokamera（FLIR A615）synchrone pandan pwosesis ablasyon an.Dire yo iradyasyon se 1. ,2,4,6,10，ak 20 s nan yon pouvwa lazè nan I W. Pou chak dire iradyasyon, sis pozisyon echantiyon yo blated: r = 0,0.62,0.703,1.91,3.05，ak 4.14 mm sou direksyon radial la ki gen rapò ak pwen sant nan pozisyon iradyasyon an, jan yo montre nan Fig.5.Kare yo se done tanperati yo mezire.Li jwenn nan Fig.5 ke tanperati sifas la. nan pozisyon an ablation sou tisi a ogmante ak ogmante dire iradyasyon. Tanperati ki pi wo T nan pwen sant r = 0 yo se 132.39,160.32,196.34，
205.57,206.95，ak 226.05C pou dire iradyasyon nan 1,2，4,6,10，ak 20 s, respektivman. Pou analize domaj la kolateral, distribisyon tanperati a sou sifas tisi ablated la simulation.Sa a se te pote soti dapre teyori kondiksyon tèmik pou tisi byolojik126】ak teyori pwopagasyon lazè nan tisi byolojik 【27】konbine ak paramèt optik sèvo porcin 1281.
Se simulation la fèt ak sipozisyon an nan yon travès Gaussian beam. Depi tisi byolojik yo itilize nan eksperyans la se tisi sèvo kochon izole, enfliyans nan san ak metabolis sou tanperati a se inyore, epi tisi nan sèvo kochon senplifye nan la. fòm yon silenn pou simulation. Paramèt yo itilize nan simulation yo rezime nan Tablo 1. Koub solid yo montre nan Fig.5 se distribisyon tanperati radial simulation ki gen rapò ak sant ablasyon sou sifas tisi a pou sis iradyasyon diferan. durations.Yo montre yon pwofil tanperati Gaussian soti nan sant la nan periferik la.Li evidan nan Fig.5 ke done yo eksperimantal agrce byen ak rezilta yo simulation.It se tou aparan nan Fig.5 ke tanperati a simulation nan sant la nan la. pozisyon ablasyon ogmante kòm dire iradyasyon an ogmante pou chak iradyasyon.55C, ki vle di ke selil yo rete aktif nan zòn vèt yo (T<55C) nan koub yo nan Fig.5. Zòn jòn nan chak koub (55C).60C）。Li ka obsève nan Fig.5 ke reyon ablasyon simulation nan T = 60°Care0.774,0.873,0.993,1.071,1.198and 1.364 mm, respektivman, pou dire iradyasyon nan 1,2,4，6, 10，ak 20s, pandan ke reyon ablasyon simulation nan T = 55C yo se 0.805,0.908,1.037,1.134,1.271，ak 1.456 mm, respektivman.Lè w analize quantitatively efè a ablasyon, yo jwenn arca a ak selil mouri 1.882. 2.394,3.098,3.604,4.509，ak 5.845 mm2 pou 1,2,4,6,10，ak 20s nan iradyasyon,respektivman.Zòn nan ak zòn domaj kolateral jwenn yo dwe 0.003,0.0040.0040.006,0.0173,0.0173,0. ak 0.027 mm2.Li ka wè ke zòn yo ablation lazè ak zòn yo domaj kolateral ogmante ak dire a iradyasyon.Nou defini rapò a domaj kolateral yo dwe rapò a nan zòn nan domaj kolateral nan 55C s T60C.Se rapò a domaj kolateral yo jwenn yo dwe 8.17%，8.18%，9.06%，12.11%，12.56%， ak 13.94%pou diferan fwa iradyasyon, ki vle di ke domaj la kolateral nan tisi ablated yo piti. Se poutèt sa, eksperyans konplè.Done ak rezilta simulation yo montre ke lazè sa a kontra enfòmèl ant, gwo pouvwa, tout eta solid 6.45 um ZGP-OPO bay ablasyon efikas nan tisi byolojik. An konklizyon, nou te demontre yon kontra enfòmèl ant, gwo pouvwa, tout eta solid. MIR enpulsyonèl 6.45 um sous lazè ki baze sou yon apwòch ns ZGP-OPO. Yo te jwenn yon maksimòm pouvwa mwayèn nan 1.53 W ak yon pik pouvwa nan 3.65kW ak yon faktè bon jan kalite travès mwayèn nan M2 = 1.19. Sèvi ak radyasyon sa a 6.45 um MIR, yon Eksperyans prèv-de-prensip sou ablation lazè tisi a te fè.Distribisyon tanperati sou sifas tisi ablated la te eksperimantalman mezire ak teyorikman simu-lated.The done mezire te dakò byen ak rezilta yo simulation.Anplis de sa, domaj la kolateral teyorikman analize. pou premye fwa.Rezilta sa yo verifye ke lazè batman MIR tab nou an nan 6.45 um ofri ablasyon efikas nan tisi byolojik epi li gen gwo potansyèl yo dwe yon zouti pratik nan syans medikal ak byolojik, kòm li ta ka ranplase yon FEL ankonbran kòm.yon bistouri lazè.