Yuqori o'rtacha chiqish quvvati va Gauss nuriga yaqin sifatga ega 6,45 um li ixcham va mustahkam to'liq qattiq holatdagi o'rta infraqizil (MIR) lazer namoyish etilgan. Maksimal chiqish quvvati 1,53 Vt, impuls kengligi 10 da taxminan 42 ns. kHz ga ZnGeP2（ZGP）optik parametrik osilator (OPO）) yordamida erishiladi. Bu bizning ma’lumotlarimiz bo‘yicha har qanday qattiq holat lazerining 6,45 um dagi eng yuqori o‘rtacha quvvatdir.O'rtacha nur sifati koeffitsienti M2 = 1,19 ga teng.
Bundan tashqari, 2 soat davomida 1,35% rms dan kam quvvat o'zgarishi bilan yuqori chiqish quvvati barqarorligi tasdiqlanadi va lazer jami 500 soatdan ko'proq vaqt davomida samarali ishlashi mumkin. Ushbu 6,45 um impulsni radiatsiya manbai sifatida ishlatish, hayvonlarning ablatsiyasi miya to'qimalari sinovdan o'tkaziladi. Bundan tashqari, bizning ma'lumotlarimizga ko'ra, kollateral zarar ta'siri birinchi marta nazariy jihatdan tahlil qilinadi va natijalar shuni ko'rsatadiki, bu MIR lazer mukammal ablasyon qobiliyatiga ega, bu uni erkin elektron lazerlar uchun potentsial o'rnini bosadi.©2022 Optica Publishing Group

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

O'rta infraqizil (MIR) 6,45 um lazer nurlanishi yuqori aniqlikdagi tibbiyot sohalarida potentsial qo'llanilishiga ega, chunki uning katta ablasyon tezligi va minimal garov zarari 【1】. Erkin elektron lazerlar (FELs), lazerlar, stronsiy gazlari. Raman lazerlari va optik parametrli osilator (OPO) yoki farq chastotasini ishlab chiqarish (DFG) asosidagi qattiq holat lazerlari odatda 6,45 um lazer manbalarida qo'llaniladi. Biroq, FELlarning yuqori narxi, katta o'lchamlari va murakkab tuzilishi ularni cheklaydi. qo'llanilishi.Strontsiy bug 'lazerlari va gaz Raman lazerlari maqsadli diapazonlarni olishlari mumkin, ammo ikkalasi ham yomon barqarorlikka ega, qisqa muddatli
Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, 6,45 um qattiq holatdagi lazerlar biologik to'qimalarda kichikroq termal shikastlanish oralig'ini hosil qiladi va ularning ablasyon chuqurligi bir xil sharoitlarda FELga qaraganda chuqurroqdir, bu ularning qo'llanilishi mumkinligini tasdiqladi. 【2】 biologik toʻqimalarni ablatsiya qilishda FELlarga samarali alternativ sifatida foydalanish mumkin. Bundan tashqari, qattiq holatdagi lazerlar ixcham tuzilish, yaxshi barqarorlik va afzalliklarga ega.

stol ustida ishlash, ularni a6,45 mikron yorug'lik manbasini olish uchun istiqbolli vositalarga aylantiradi.Ma'lumki, chiziqli bo'lmagan infraqizil kristallar chastotani o'zgartirish jarayonida yuqori samarali MIR lazerlariga erishish uchun muhim rol o'ynaydi. 4 um kesilgan qirrali oksidli infraqizil kristallar bilan taqqoslaganda, oksid bo'lmagan kristallar yaxshi. MIR lazerlarini yaratish uchun mos keladi. Bu kristallar AgGaS2 （AGS）【3,41，LiInS2（LIS）【5,61， LilnSe2（LISe＀a０G０G＀(LISe＀a０G) kabi xalkogenidlarning ko'p qismini o'z ichiga oladi. 】，va BaGaSe（BGSe）【10-12】, shuningdek fosfor birikmalari CdSiP2（CSP）【13-16】va ZnGeP2 （ZGP）【17】katta chiziqli koeffitsientga ega. Masalan, MIR nurlanishini CSP-OPO yordamida olish mumkin. Biroq, aksariyat CSP-OPOlar ultraqisqa (piko-va femtosoniya) vaqt shkalasida ishlaydi va taxminan 1 um rejim blokirovka qilingan lazerlar tomonidan sinxron ravishda pompalanadi. Afsuski, ular sinxron ravishda pompalanadigan OPO（ SPOPO）tizimlari murakkab o'rnatishga ega va qimmat. Ularning o'rtacha quvvatlari 6,45 um【13-16】 atrofida 100 mVt dan ham past. CSP kristalli bilan solishtirganda, ZGP lazer shikastlanishi yuqori.shold (60 MVt/sm2), yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi (0,36 Vt/sm K) va taqqoslanadigan chiziqli bo'lmagan koeffitsient (75pm/V)。Shuning uchun ZGP yuqori quvvatli yoki yuqori quvvatli issiqlik o'tkazuvchanligi uchun ajoyib MIR chiziqli bo'lmagan optik kristall hisoblanadi. energiya ilovalari 【18-221.Masalan, 2,93 um lazer bilan pompalanadigan 3,8-12,4 um sozlash diapazoni bo'lgan tekis tekis bo'shliq ZGP-OPO namoyish etildi. Bo'sh chiroqning maksimal bir pulsli energiyasi 6,6 um bo'lgan. 1,2 mJ 【201. 6,45 um o'ziga xos to'lqin uzunligi uchun ZGP kristaliga asoslangan tekis bo'lmagan halqali OPO bo'shlig'i yordamida 100 Gts takrorlash chastotasida 5,67 mJ maksimal bir pulsli energiyaga erishildi. Takrorlash bilan 200Hz chastotasi, o'rtacha chiqish quvvati 0,95 Vt ga yetdi 【221. Bizga ma'lumki, bu 6,45 umda erishilgan eng yuqori chiqish quvvatidir.Mavjud tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, samarali to'qimalarni ablatsiya qilish uchun yuqori o'rtacha quvvat zarur 【23】.Shuning uchun amaliy yuqori quvvatli 6,45 um lazer manbasini ishlab chiqish biologik tibbiyotni rivojlantirishda katta ahamiyatga ega bo'ladi.Ushbu maktubda biz oddiy, ixcham qattiq holatdagi MIR 6,45 um lazer haqida xabar beramiz, u yuqori o'rtacha chiqish quvvatiga ega va nanosoniya (ns) impulsi 2,09 um bilan pompalanadigan ZGP-OPO ga asoslangan.

lazer. 6,45 um lazerning maksimal o'rtacha chiqish quvvati 10 kHz takrorlash chastotasida taxminan 42 ns impuls kengligi bilan 1,53 Vt gacha va u ajoyib nur sifatiga ega. 6,45 um lazerning hayvon to'qimalariga olib tashlash ta'siri Bu ish shuni ko'rsatadiki, lazer haqiqiy to'qimalarni ablatsiya qilish uchun samarali yondashuv hisoblanadi, chunki u lazer skalpel vazifasini bajaradi.Eksperimental o'rnatish 1-rasmda keltirilgan. ZGP-OPO uy sharoitida ishlab chiqarilgan LD nasosli 2,09 um Ho:YAG lazer bilan pompalanadi, u 10 kHz chastotada o'rtacha 28 Vt quvvat beradi. impuls davomiyligi taxminan 102 ns（ FWHM）va o'rtacha nur sifati koeffitsienti M2 taxminan 1,7.MI va M2 2,09 um da yuqori aks ettiruvchi qoplamali ikkita 45 ta oynadir. Bu nometall nasos nurining yo'nalishini boshqarish imkonini beradi. Ikkita fokusli linzalar (f1 =100 mm) ,f2=100 mm) ZGP kristalida taxminan 3,5 mm diametrli nurli kolimatsiya uchun qo'llaniladi. Nasos nurining 2,09 um nasos manbasiga qaytishini oldini olish uchun optik izolyator (ISO) ishlatiladi. Yarim to'lqinli plastinka （HWP）2,09 um da nasos nurining qutblanishini nazorat qilish uchun ishlatiladi. M3 va M4 OPO bo'shlig'i nometalllari bo'lib, substrat materiali sifatida tekis CaF2 ishlatiladi. Old oyna M3 nasos uchun aks ettirishga qarshi qoplangan (98%) 6,45 um bo'sh va 3,09 um signal to'lqinlari uchun nur va yuqori aks ettiruvchi qoplama (98%). Chiqish oynasi M4 2,09 da yuqori aks ettiruvchi (98%)um va 3,09 um va 6,45 um bekorchining qisman uzatilishiga imkon beradi.ZGP kristali 6-77,6 ° va p = 45 ° da JⅡ fazaga mos keladigan 【2090,0 （o）6450,0 （o）+3091,9 （e）】（（（（（（（（（（（）（（（（（（（（（（） ma'lum bir to'lqin uzunligi va ma'lum bir parametrik to'lqin uzunligiga mos ravishda kesiladi. I-toifa faza moslashuvi bilan solishtirganda chiziq kengligi. ZGP kristalining o'lchamlari 5 mm x 6 mm x 25 mm bo'lib, u yuqoridagi uchta to'lqin uchun har ikki tomonda sayqallangan va aks ettirishga qarshi qoplangan. U indiy folga bilan o'ralgan va suv sovutgichli mis issiqlik moslamasiga o'rnatilgan（T=16）。Bo'shliq uzunligi 27 mm. OPO ning aylanish vaqti nasos lazeri uchun 0,537 ns ni tashkil qiladi. Biz ZGP kristalining shikastlanish chegarasini R bilan sinab ko'rdik. -on-I usuli 【17】.ZGP kristalining shikastlanish chegarasi tajribada 10 kHz chastotada 0,11 J/sm2 bo‘lib o‘lchandi, bu 1,4 MVt/sm2 quvvatning eng yuqori zichligiga to‘g‘ri keldi, bu esa past bo‘lganligi sababli past. nisbatan past qoplama sifati.Ishlab chiqarilgan bo'sh chiroqning chiqish quvvati energiya o'lchagich (D, OPHIR, 1 uW dan 3 Vt gacha) bilan o'lchanadi va signal nurining to'lqin uzunligi spektrometr (APE, 1,5-6,3 m) tomonidan nazorat qilinadi. 6,45 um yuqori chiqish quvvatiga ega bo'lsak, biz OPO parametrlarining dizaynini optimallashtiramiz. Raqamli simulyatsiya uch to'lqinli aralashtirish nazariyasi va paraksial tarqalish tenglamalari 【24,25】; simulyatsiyada biz amalga oshiriladi, biz Eksperimental sharoitga mos keladigan parametrlarni ishlating va fazoda va vaqt ichida Gauss profiliga ega bo'lgan kirish impulsini qabul qiling. OPO chiqish oynasi o'rtasidagi munosabat

o'tkazuvchanlik, nasos quvvati intensivligi va chiqish samaradorligi yuqori chiqish quvvatiga erishish va bir vaqtning o'zida ZGP kristaliga va optik elementlarga zarar etkazmaslik uchun bo'shliqdagi nasos nurlarining zichligini boshqarish orqali optimallashtirilgan. ZGP-OPO ishlashi uchun Vt. Simulyatsiya qilingan natijalar shuni ko'rsatadiki, o'tkazuvchanligi 50% bo'lgan optimal chiqish ulash moslamasidan foydalanilganda, maksimal quvvat zichligi ZGP kristalida atigi 2,6 x 10 Vt/sm2 va o'rtacha chiqish quvvati. dan 1,5 Vt dan ortiq quvvat olish mumkin.2-rasmda 6,45 um da bo'sh ishlovchining o'lchangan chiqish quvvati va tushayotgan nasos quvvati o'rtasidagi bog'liqlik ko'rsatilgan. nasosning nosozlik kuchi. Nasos chegarasi o'rtacha 3,55 Vt nasos quvvatiga to'g'ri keladi maksimal bo'sh ishlovchi quvvati 1,53 Vt, nasos quvvati taxminan 18,7 Vt bo'lganida erishiladi, bu esa optik-optik konvertatsiya samaradorligiga mos keladi.f taxminan 8,20% va kvant konvertatsiya qilish qobiliyati 25,31%. Uzoq muddatli xavfsizlik uchun lazer maksimal chiqish quvvatining 70% ga yaqinida ishlaydi. Quvvat barqarorligi IW chiqish quvvatida o'lchanadi. (a)-rasmda ko'rsatilgan. O'lchangan quvvat tebranishi 2 soat ichida 1,35% rms dan kam bo'lishi va lazer jami 500 soatdan ortiq samarali ishlashi mumkinligi aniqlandi. Signal to'lqinining to'lqin uzunligi Bizning tajribamizda foydalanilgan spektrometrning (APE，1,5-6,3 um) cheklangan to‘lqin uzunligi diapazoni tufayli bekorchi o‘rniga o‘lchanadi. O‘lchangan signal to‘lqin uzunligi ko‘rsatilgandek markazda 3,09 um va chiziq kengligi taxminan 0,3 nm ni tashkil qiladi. 2-rasmning (b) qo'shimchasida. Bo'sh ishlovchining markaziy to'lqin uzunligi 6,45 um qilib chiqariladi. Bo'sh ishlovchining impuls kengligi fotodetektor (Thorlabs, PDAVJ10) tomonidan aniqlanadi va raqamli osiloskop (Tcktronix) tomonidan qayd etiladi (Tcktronix) ）。Odatiy osiloskopning to'lqin shakli 3-rasmda ko'rsatilgan va impuls kengligi taxminan 42 ns ni ko'rsatadi. Puls kengligiChiziqli bo'lmagan chastota konvertatsiya jarayonining vaqtincha toraytiruvchi ta'siri tufayli 6,45 um bo'sh ishlovchi uchun 2,09 um nasos pulsi bilan solishtirganda 41,18% torroqdir. Natijada, mos keladigan bo'sh pulsning eng yuqori quvvati 3,56 kVtni tashkil qiladi. 6,45 um bo'sh ishlamay lazer nuri bilan o'lchanadi

analizator （Spiricon,M2-200-PIII）1 Vt chiqish quvvatida, 4-rasmda ko'rsatilganidek. o'rtacha nur sifati koeffitsienti M2=1,19. 4-rasmda Gaussga yaqin fazoviy rejimga ega bo'lgan ikki o'lchovli (2D) nur intensivligi profili ko'rsatilgan. 6,45 um impuls samarali o'chirishni ta'minlashini tekshirish uchun, cho'chqa miyasining lazer ablatsiyasini o'z ichiga olgan printsipial tajriba o'tkazildi. 6,45 um puls nurini taxminan 0,75 mm bel radiusiga qaratish uchun f = 50 linzalari qo'llaniladi. Cho'chqa miya to'qimalarida ablatsiya qilinadigan holat. lazer nurining fokusida joylashgan. Biologik to‘qimalarning sirt harorati (T) radial joylashuv r funksiyasi sifatida termokamera (FLIR A615) tomonidan ablasyon jarayonida sinxron tarzda o‘lchanadi. Nurlanish davomiyligi 1 ga teng. ,2,4,6,10，va 20 s lazer quvvati I Vt. Har bir nurlanish davomiyligi uchun oltita namuna o‘rni ochiladi: r=0,0,62,0,703,1.91,3.05，va nurlanish holatining markaziy nuqtasiga nisbatan radial yoʻnalish boʻyicha 4.14 mm, 5-rasmda koʻrsatilgan. Kvadratchalar oʻlchangan harorat maʼlumotlaridir.5-rasmda sirt harorati topilgan. to'qimalarda ablasyon holatida nurlanish davomiyligi oshishi bilan ortadi. Markaziy nuqtada r=0 eng yuqori harorat T 132,39,160,32,196,34，

205,57,206,95， va 226,05C 1,2，4,6,10， va 20 s nurlanish davomiyligi uchun mos ravishda. Kollateral zararni tahlil qilish uchun ablatsiya qilingan to'qimalar yuzasida harorat taqsimoti simulyatsiya qilinadi. Bu quyidagilarga muvofiq amalga oshiriladi. biologik to'qimalar uchun issiqlik o'tkazuvchanlik nazariyasi126】va biologik to'qimalarda lazerli tarqalish nazariyasi 【27】cho'chqa miyasining optik parametrlari bilan birlashtirilgan 1281.
Simulyatsiya kirish Gauss nuri farazi bilan amalga oshiriladi. Tajribada ishlatiladigan biologik to'qima cho'chqa miyasi to'qimalari izolyatsiya qilinganligi sababli, qon va metabolizmning haroratga ta'siri e'tiborga olinmaydi va cho'chqa miya to'qimasi soddalashtirilgan. Simulyatsiya uchun silindr shakli. Simulyatsiyada foydalanilgan parametrlar 1-jadvalda jamlangan. 5-rasmda ko'rsatilgan qattiq egri chiziqlar olti xil nurlanish uchun to'qima yuzasidagi ablasyon markaziga nisbatan simulyatsiya qilingan radial harorat taqsimotidir. Ular markazdan periferiyagacha Gauss harorat rejimini ko'rsatadi. 5-rasmdan ko'rinib turibdiki, tajriba ma'lumotlari simulyatsiya qilingan natijalar bilan yaxshi mos keladi. 5-rasmdan ham ko'rinib turibdiki, simulyatsiya qilingan harorat markazda ablasyon pozitsiyasi har bir nurlanish uchun nurlanish davomiyligi oshgani sayin ortadi. Oldingi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, to'qimalardagi hujayralar past haroratlarda mutlaqo xavfsizdir.55C, bu hujayralar 5-rasmdagi egri chiziqlarning yashil zonalarida (T<55C) faolligini bildiradi. Har bir egri chiziqning sariq zonasi (55C)60C）。5-rasmda kuzatilishi mumkinki, T=60°Care da simulyatsiya qilingan ablasyon radiusi mos ravishda 0,774,0,873,0,993,1,071,1,198 va 1,364 mm, nurlanish davomiyligi 1,2,4， 10 va 20 s, T=55C da simulyatsiya qilingan ablasyon radiusi mos ravishda 0,805,0,908,1,037,1,134,1,271 va 1,456 mm ni tashkil qiladi. Ablatsiya effektini miqdoriy tahlil qilganda, arca 82, o'lik hujayralar bilan topilgan. 1,2,4,6,10 va 20 s nurlanish uchun mos ravishda 2,394,3,098,3,604,4,509, va 5,845 mm2. Garovga zarar yetkazilgan maydon 0,003,0,0040,017,00,0. va 0,027 mm2. Ko'rinib turibdiki, lazer ablasyon zonalari va garov zarar zonalari nurlanish davomiyligi bilan ortib boradi. Biz garov zarar koeffitsientini 55C s T60C da garov zarar maydoni nisbati sifatida aniqlaymiz. 8,17%，8,18%，9,06%，12,11%，12,56%， va 13,94% turli nurlanish vaqtlari uchun, bu ablatsiya qilingan to'qimalarning kollateral zarari kichik ekanligini anglatadi. Shuning uchun keng qamrovli tajribal Ma'lumotlar va simulyatsiya natijalari shuni ko'rsatadiki, bu ixcham, yuqori quvvatli, barcha qattiq holatdagi 6,45 um ZGP-OPO lazer biologik to'qimalarning samarali ablatsiyasini ta'minlaydi. Xulosa qilib aytganda, biz ixcham, yuqori quvvatli, butunlay qattiq holatni ko'rsatdik. ns ZGP-OPO yondashuviga asoslangan MIR impulsli 6,45 um lazer manbai. Maksimal o'rtacha quvvat 1,53 Vt bo'lgan cho'qqi quvvati 3,65 kVt va o'rtacha nur sifati koeffitsienti M2=1,19. Bu 6,45 um MIR nurlanishidan foydalanib, a To'qimalarning lazer bilan ablatsiyasi bo'yicha printsipial tajriba o'tkazildi. Ablatsiya qilingan to'qimalar yuzasida harorat taqsimoti eksperimental o'lchandi va nazariy jihatdan simulyatsiya qilindi. O'lchangan ma'lumotlar simulyatsiya qilingan natijalar bilan yaxshi mos keldi. Bundan tashqari, garov zarari nazariy jihatdan tahlil qilindi. Birinchi marta. Bu natijalar 6,45 um li stol usti MIR puls lazerimiz biologik to‘qimalarning samarali ablatsiyasini taklif qilishini va tibbiyot va biologiya fanida amaliy vosita bo‘lish uchun katta salohiyatga ega ekanligini tasdiqlaydi, chunki u katta hajmdagi FEL o‘rnini bosishi mumkin.lazerli skalpel.