Ցուցադրված է կոմպակտ և ամուր, ամբողջովին պինդ վիճակի միջին ինֆրակարմիր (MIR) լազեր՝ 6,45 մմ բարձր միջին ելքային հզորությամբ և մոտ Գաուսյան ճառագայթի որակով: Առավելագույն ելքային հզորությունը 1,53 Վտ, իմպուլսի լայնությունը մոտավորապես 42 ns 10-ում: kHz-ը ձեռք է բերվում ZnGeP2 (ZGP) օպտիկական պարամետրային օսցիլատորի (OPO) միջոցով: Սա ամենաբարձր միջին հզորությունն է 6,45 um-ում ցանկացած պինդ վիճակում գտնվող լազերի՝ մեր իմացությամբ:Ճառագայթի միջին որակի գործակիցը չափվում է M2=1.19:
Ավելին, բարձր ելքային հզորության կայունությունը հաստատված է, 2 ժամվա ընթացքում 1,35% rms-ից պակաս հզորության տատանումով, և լազերը կարող է արդյունավետորեն աշխատել ընդհանուր առմամբ ավելի քան 500 ժամ: Օգտագործելով այս 6,45 մմ իմպուլսը որպես ճառագայթման աղբյուր, կենդանիների աբլացիա: Ուղեղի հյուսվածքը փորձարկվում է: Ավելին, կողմնակի վնասի ազդեցությունը տեսականորեն վերլուծվում է առաջին անգամ՝ մեր գիտելիքներով, և արդյունքները ցույց են տալիս, որ այս MIR լազերն օժտված է աբլյացիայի գերազանց կարողությամբ՝ դարձնելով այն պոտենցիալ փոխարինող ազատ էլեկտրոնային լազերների համար:©2022 Optica Publishing Group

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

Միջին ինֆրակարմիր (MIR) 6,45 um լազերային ճառագայթումը պոտենցիալ կիրառություն ունի բարձր ճշգրտության բժշկության ոլորտներում՝ շնորհիվ իր առավելությունների՝ աբլյացիայի էական արագության և նվազագույն կողմնակի վնասների 【1】։ Անվճար էլեկտրոնային լազերներ (FELs), լազերներ, ստրոնցիումի գոլորշիներ։ Raman լազերները և պինդ վիճակի լազերները, որոնք հիմնված են օպտիկական պարամետրային տատանումների (OPO) կամ տարբեր հաճախականությունների առաջացման (DFG) վրա, սովորաբար օգտագործվում են 6,45 um լազերային աղբյուրներ: Այնուամենայնիվ, FEL-ների բարձր արժեքը, մեծ չափերը և բարդ կառուցվածքը սահմանափակում են դրանց: կիրառություն: Ստրոնցիումի գոլորշու լազերները և գազի Raman լազերները կարող են ձեռք բերել թիրախային գոտիներ, բայց երկուսն էլ ունեն վատ կայունություն, կարճ սեր-
vice-ն ապրում է և պահանջում է բարդ սպասարկում: Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ 6,45 um պինդ վիճակի լազերները կենսաբանական հյուսվածքներում առաջացնում են ավելի փոքր ջերմային վնասի միջակայք, և որ դրանց աբլյացիայի խորությունը նույն պայմաններում ավելի խորն է, քան FEL-ի խորությունը, ինչը հաստատում է, որ նրանք կարող են կարող է օգտագործվել որպես FEL-ների արդյունավետ այլընտրանք կենսաբանական հյուսվածքների աբլյացիայի համար 【2】: Բացի այդ, պինդ վիճակի լազերներն ունեն կոմպակտ կառուցվածքի, լավ կայունության և առավելություններ։

սեղանի վրա աշխատել՝ դարձնելով դրանք խոստումնալից գործիքներ a6.45μn լույսի աղբյուր ստանալու համար:Ինչպես հայտնի է, ոչ գծային ինֆրակարմիր բյուրեղները կարևոր դեր են խաղում հաճախականության փոխակերպման գործընթացում, որն օգտագործվում է բարձր արդյունավետության MIR լազերներ ձեռք բերելու համար: Համեմատած 4 մկ կտրող ծայրով օքսիդ ինֆրակարմիր բյուրեղների հետ, ոչ օքսիդ բյուրեղները լավ են: հարմար է MIR լազերներ ստեղծելու համար: Այս բյուրեղները ներառում են խալկոգենիդների մեծ մասը, ինչպիսիք են՝ AgGaS2 (AGS)【3,41，LiInS2（LIS）【5,61， LilnSe2 （LISe，Ba8 】，և BaGaSe（BGSe）【10-12】), ինչպես նաև ֆոսֆորի միացությունները՝ CdSiP2 (CSP) 【13-16】 և ZnGeP2 (ZGP) երկուսն էլ մեծապես ոչ էֆեկտիվ երկուսն են։ Օրինակ, MIR ճառագայթումը կարելի է ստանալ CSP-OPO-ների միջոցով: Այնուամենայնիվ, CSP-OPO-ների մեծ մասը գործում է գերկարճ (պիկո և ֆեմտովայրկյան) ժամանակային մասշտաբով և համաժամանակյա մղվում է մոտավորապես 1 um ռեժիմով կողպված լազերների միջոցով: Ցավոք, այս սինխրոն պոմպացված OPO-ն: SPOPO) համակարգերն ունեն բարդ կարգավորում և ծախսատար: Դրանց միջին հզորությունը նույնպես ցածր է 100 մՎտ-ից 6,45 um-ի մոտ 【13-16】: CSP բյուրեղի համեմատ, ZGP-ն ունի ավելի բարձր լազերային վնաս:ունի (60 ՄՎտ/սմ2), ավելի բարձր ջերմային հաղորդունակություն (0,36 Վտ/սմ K) և համադրելի ոչ գծային գործակից (75pm/V): Հետևաբար, ZGP-ն հիանալի MIR ոչ գծային օպտիկական բյուրեղ է՝ բարձր հզորության կամ բարձր հզորության համար: Էներգետիկ կիրառություններ 【18-221: Օրինակ, ցուցադրվել է ZGP-OPO հարթ խոռոչի 3,8-12,4 մկ թյունինգի միջակայք, որը մղվում է 2,93 մմ լազերային միջոցով: Անգործուն լույսի առավելագույն մեկ իմպուլսի էներգիան 6,6 մմ էր 1,2 մՋ 【201: 6,45 մմ ալիքի հատուկ երկարության համար, առավելագույն մեկ իմպուլսային էներգիա՝ 5,67 մՋ՝ 100 Հց կրկնվող հաճախականությամբ, ձեռք է բերվել ոչ հարթ օղակաձև OPO խոռոչի միջոցով, որը հիմնված է ZGP բյուրեղի վրա: Կրկնությամբ: 200 Հց հաճախականություն, ստացվել է 0,95 Վտ միջին ելքային հզորություն 【221։ Որքանով մենք տեղյակ ենք, սա ամենաբարձր ելքային հզորությունն է, որը ձեռք է բերվել 6,45 մմ։Գոյություն ունեցող ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ հյուսվածքների արդյունավետ աբլյացիայի համար անհրաժեշտ է ավելի բարձր միջին հզորություն 【23】։ Հետևաբար, գործնական բարձր հզորության 6,45 um լազերային աղբյուրի մշակումը մեծ նշանակություն կունենա կենսաբանական բժշկության խթանման համար։Այս Նամակում մենք զեկուցում ենք մի պարզ, կոմպակտ բոլորովին պինդ վիճակի MIR 6,45 um լազերային, որն ունի բարձր միջին ելքային հզորություն և հիմնված է ZGP-OPO-ի վրա, որը մղվում է նանվայրկյան (ns) իմպուլսով 2,09 մմ։

լազեր: 6,45 um լազերի առավելագույն միջին ելքային հզորությունը մինչև 1,53 Վտ է, իմպուլսի լայնությունը մոտավորապես 42 վրկ 10 կՀց կրկնվող հաճախականությամբ, և այն ունի գերազանց ճառագայթման որակ: 6,45 մմ լազերի հեռացման ազդեցությունը կենդանիների հյուսվածքի վրա: Հետազոտված է: Այս աշխատանքը ցույց է տալիս, որ լազերը արդյունավետ մոտեցում է հյուսվածքների իրական աբլյացիայի համար, քանի որ այն գործում է որպես լազերային scalpel:Փորձարարական կարգավորումը ուրվագծված է Նկար 1-ում: ZGP-OPO-ն մղվում է տնական LD-պոմպային 2,09 um Ho:YAG լազերով, որն ապահովում է 28 Վտ միջին հզորություն 10 կՀց հաճախականությամբ: Իմպուլսի տևողությամբ մոտավորապես 102 վս (նվ): FWHM) և ճառագայթի որակի միջին գործակիցը՝ M2՝ մոտավորապես 1,7.MI և M2, երկու 45 հայելիներ են՝ ծածկույթով, որը բարձր արտացոլում է 2,09 um: Այս հայելիները հնարավորություն են տալիս վերահսկել պոմպի ճառագայթի ուղղությունը: Երկու ֆոկուսային ոսպնյակներ (f1 =100 մմ): ,f2=100 մմ) կիրառվում են ZGP բյուրեղի մեջ մոտ 3,5 մմ տրամագծով ճառագայթի համադրման համար: Օպտիկական մեկուսիչ (ISO) օգտագործվում է պոմպի ճառագայթի վերադարձը 2,09 մմ պոմպի աղբյուրը կանխելու համար: Կիսալիքային թիթեղ: (HWP) 2,09 um-ում օգտագործվում է պոմպի լույսի բևեռացումը վերահսկելու համար: M3 և M4-ը OPO խոռոչի հայելիներ են, հարթ CaF2-ով, որն օգտագործվում է որպես հիմքի նյութ: Առջևի հայելին M3-ը հակաարտացոլված է (98%) պոմպի համար: ճառագայթով և բարձր արտացոլմամբ ծածկված (98%) 6,45 um անգործուն և 3,09 um ազդանշանային ալիքների համար: Ելքային հայելին M4-ը բարձր անդրադարձնող է (98%) 2,09-ումum և 3.09 um և թույլ է տալիս մասնակի փոխանցում 6.45 um անգործուն:ZGP բյուրեղը կտրված է 6-77,6° andp=45° տիպի JⅡ փուլի համընկնման համար 【2090.0 (o)6450.0 (o)+3091.9 (e)】), որն ավելի հարմար է որոշակի ալիքի երկարությամբ և թեթև ելքի համար: գծի լայնությունը՝ համեմատած տիպի I փուլի համընկնման հետ: ZGP բյուրեղի չափերն են 5 մմ x 6 մմ x 25 մմ, և այն փայլեցված է և հակաարտացոլված է վերը նշված երեք ալիքների երկու ծայրամասերի վրա: Այն փաթաթված է ինդիումի փայլաթիթեղով և ամրացված է պղնձե ջերմատախտակի մեջ ջրային սառեցմամբ (T=16): Խոռոչի երկարությունը 27 մմ է: OPO-ի շրջադարձի ժամանակը 0,537 ns է պոմպի լազերի համար: Մենք փորձարկել ենք ZGP բյուրեղի վնասման շեմը R-ով: -on-I մեթոդ 【17】։ ZGP բյուրեղի վնասման շեմը չափվել է 0,11 Ջ/սմ2 10 կՀց հաճախականությամբ։ Փորձի ժամանակ, որը համապատասխանում է 1,4 ՄՎտ/սմ2 հզորության առավելագույն խտությանը, որը ցածր է պայմանավորված ծածկույթի համեմատաբար վատ որակ:Ստեղծված անգործուն լույսի ելքային հզորությունը չափվում է էներգիայի հաշվիչով (D, OPHIR), 1 uW-ից մինչև 3 W) և ազդանշանի լույսի ալիքի երկարությունը վերահսկվում է սպեկտրոմետրով (APE), 1,5-6,3 մ): ստանում ենք բարձր ելքային հզորություն 6,45 մմ, մենք օպտիմիզացնում ենք OPO-ի պարամետրերի նախագծումը: Թվային մոդելավորումն իրականացվում է եռալիքային խառնման տեսության և պարաքսիալ տարածման քվացիաների հիման վրա 【24,25】；սիմուլյացիայի մեջ, մենք օգտագործեք փորձարարական պայմաններին համապատասխանող պարամետրերը և ընդունեք մուտքային իմպուլս՝ Գաուսի պրոֆիլով տարածության և ժամանակի մեջ: OPO ելքային հայելու փոխհարաբերությունները

հաղորդունակությունը, պոմպի հզորության ինտենսիվությունը և ելքային արդյունավետությունը օպտիմիզացված են՝ մանիպուլյացիայի ենթարկելով պոմպի ճառագայթի խտությունը խոռոչում՝ հասնելով ավելի բարձր ելքային հզորության՝ միաժամանակ խուսափելով ZGP բյուրեղի և օպտիկական տարրերի վնասից: Այսպիսով, պոմպի ամենաբարձր հզորությունը սահմանափակվում է մոտ 20-ով: W ZGP-OPO շահագործման համար: Մոդելավորված արդյունքները ցույց են տալիս, որ մինչ օգտագործվում է 50% հաղորդունակությամբ օպտիմալ ելքային միացում, առավելագույն հզորության առավելագույն խտությունը ZGP բյուրեղում ընդամենը 2,6 x 10 Վտ/սմ2 է, և միջին ելքային հզորությունը: կարելի է ստանալ ավելի քան 1,5 Վտ: Նկար 2-ը ցույց է տալիս 6,45 um-ում անգործունյա չափված ելքային հզորության և ընկնող պոմպի հզորության միջև կապը: Նկար 2-ից երևում է, որ պարապի ելքային հզորությունը միապաղաղ աճում է պատահական պոմպի հզորությունը: Պոմպի շեմը համապատասխանում է պոմպի միջին հզորությանը 3,55 WA առավելագույն անգործուն ելքային հզորությունը՝ 1,53 Վտ, որը ձեռք է բերվում մոտավորապես 18,7 Վտ հզորությամբ, որը համապատասխանում է օպտիկականից օպտիկական փոխակերպման արդյունավետությանը:f մոտավորապես 8.20%% և քվանտային փոխակերպման արագություն 25.31%: Երկարաժամկետ անվտանգության համար լազերը աշխատում է իր առավելագույն ելքային հզորության մոտ 70% -ով: Էլեկտրաէներգիայի կայունությունը չափվում է IW ելքային հզորությամբ, ինչպես. ցույց է տրված ներդիրում (a) Նկար 2-ում: Պարզվել է, որ չափված հզորության տատանումը 2 ժամում 1,35% rms-ից պակաս է, և որ լազերը կարող է արդյունավետորեն աշխատել ընդհանուր առմամբ ավելի քան 500 ժամ: Ազդանշանի ալիքի երկարությունը չափվում է անգործունի փոխարեն մեր փորձի մեջ օգտագործված սպեկտրոմետրի (APE) սահմանափակ ալիքի երկարության միջակայքի պատճառով: Ազդանշանի չափված ալիքի երկարությունը կենտրոնացած է 3,09 մմ, իսկ գծի լայնությունը մոտավորապես 0,3 նմ է, ինչպես ցույց է տրված: Նկ.2-ի ներդիրում (b): Այնուհետև անգործուն ալիքի կենտրոնական երկարությունը 6,45 մմ է: Անգործունի զարկերակի լայնությունը հայտնաբերվում է ֆոտոդետեկտորով (Thorlabs, PDAVJ10) և գրանցվում թվային օսցիլոսկոպով (Tcktronix) ）。 Տիպիկ օսցիլոսկոպի ալիքի ձևը ցույց է տրված Նկար 3-ում և ցուցադրում է մոտ 42 ns իմպուլսի լայնությունը: Զարկերակային լայնությունը41,18%-ով ավելի նեղ է 6,45 um պարապ պոմպի համար՝ համեմատած 2,09 um պոմպի իմպուլսի ոչ գծային հաճախականության փոխակերպման գործընթացի ժամանակային շահույթի նեղացման ազդեցության հետ: Արդյունքում, համապատասխան անգործուն իմպուլսի առավելագույն հզորությունը 3,56 կՎտ է: Ճառագայթի որակի գործակիցը 6,45 um idler-ը չափվում է լազերային ճառագայթով

անալիզատոր (Spiricon, M2-200-PIII) 1 Վտ ելքային հզորությամբ, ինչպես ցույց է տրված նկար 4-ում: M2 և M，2-ի չափված արժեքները 1,32 և 1,06 են x առանցքի և y առանցքի երկայնքով, համապատասխանաբար, համապատասխանաբար. ճառագայթի միջին որակի գործակիցը M2=1.19: Նկար 4-ի միջատը ցույց է տալիս երկչափ (2D) ճառագայթի ինտենսիվության պրոֆիլը, որն ունի մոտ Գաուսական տարածական ռեժիմ: Իրականացվել է սկզբունքի ապացուցման փորձ, որը ներառում է խոզի ուղեղի լազերային աբլացիա: Օգտագործվում է f=50 ոսպնյակ՝ 6,45 մմ զարկերակային ճառագայթը կենտրոնացնելու համար գոտկատեղի շուրջ 0,75 մմ շառավղով: Այն դիրքը, որը պետք է հեռացվի խոզի ուղեղի հյուսվածքի վրա: տեղադրված է լազերային ճառագայթի կիզակետում: Կենսաբանական հյուսվածքի մակերևութային ջերմաստիճանը (T)՝ որպես ճառագայթային տեղակայման r ֆունկցիա, չափվում է ջերմային տեսախցիկով (FLIR A615) աբլյացիայի գործընթացի ընթացքում համաժամանակյա: Ճառագայթման տևողությունը 1 է: ,2,4,6,10, և 20 վրկ լազերային հզորությամբ I W: Յուրաքանչյուր ճառագայթման տևողության համար նմուշի վեց դիրքերը ցրվում են.r=0,0.62,0.703,1.91,3.05 և 4.14 մմ ճառագայթային ուղղության երկայնքով ճառագայթման դիրքի կենտրոնական կետի նկատմամբ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 5-ում: Քառակուսիները չափված ջերմաստիճանի տվյալներն են: Նկար 5-ում հայտնաբերված է, որ մակերեսի ջերմաստիճանը Հյուսվածքի վրա աբլյացիայի դիրքում աճում է ճառագայթման տևողության աճով: Ամենաբարձր ջերմաստիճանը T կենտրոնական կետում r=0 է 132.39,160.32,196.34;

205.57,206.95 և 226.05C՝ համապատասխանաբար 1,2, 4,6,10 և 20 վրկ ճառագայթման տևողության համար: Կողմնակի վնասը վերլուծելու համար նմանակվում է ջերմաստիճանի բաշխումը աբլացված հյուսվածքի մակերեսի վրա: Սա իրականացվում է համաձայն. կենսաբանական հյուսվածքի ջերմային հաղորդման տեսությունը126】 և կենսաբանական հյուսվածքում լազերային տարածման տեսությունը【27】համակցված խոզի ուղեղի 1281 օպտիկական պարամետրերի հետ։
Մոդելավորումը կատարվում է մուտքային Գաուսյան ճառագայթի ենթադրությամբ: Քանի որ փորձի մեջ օգտագործված կենսաբանական հյուսվածքը խոզի ուղեղի մեկուսացված հյուսվածք է, արյան և նյութափոխանակության ազդեցությունը ջերմաստիճանի վրա անտեսվում է, և խոզի ուղեղի հյուսվածքը պարզեցվում է մխոցի ձևը սիմուլյացիայի համար: Մոդելավորման մեջ օգտագործված պարամետրերն ամփոփված են Աղյուսակ 1-ում: Նկար 5-ում ցուցադրված պինդ կորերը նմանակված ճառագայթային ջերմաստիճանի բաշխումներ են՝ վեց տարբեր ճառագայթման համար հյուսվածքի մակերեսի վերացման կենտրոնի նկատմամբ: տևողությունները: Նրանք ցուցադրում են Գաուսի ջերմաստիճանի պրոֆիլը կենտրոնից մինչև ծայրամաս: Նկար 5-ից ակնհայտ է, որ փորձարարական տվյալները լավ համընկնում են մոդելավորված արդյունքների հետ: Նկար 5-ից ակնհայտ է նաև, որ նմանակված ջերմաստիճանը կենտրոնական մասում աբլյացիայի դիրքը մեծանում է, քանի որ ճառագայթման տևողությունը մեծանում է յուրաքանչյուր ճառագայթման համար: Նախորդ հետազոտությունները ցույց են տվել, որ հյուսվածքի բջիջները լիովին անվտանգ են ցածր ջերմաստիճանում:55C, ինչը նշանակում է, որ բջիջները մնում են ակտիվ Նկար 5-ի կորերի կանաչ գոտիներում (T<55C): Յուրաքանչյուր կորի դեղին գոտի (55C):60C）։ Նկար 5-ում կարելի է նկատել, որ աբլյացիայի մոդելավորված շառավիղները T=60°Care0.774,0.873,0.993,1.071,1.198 և 1.364 մմ համապատասխանաբար 1,6,4,4 ճառագայթման տևողության դեպքում։ 10, և 20-ական թվականներին, մինչդեռ աբլյացիայի մոդելավորված շառավիղները T=55C-ում համապատասխանաբար կազմում են 0,805, 0,908, 1,037, 1,134, 1,271 և 1,456 մմ համապատասխանաբար: Քանակականորեն վերլուծելով աբլացիոն էֆեկտը, 8-ը հայտնաբերվում է 8 մեռած բջիջներով: 2.394,3.098,3.604,4.509, և 5.845 մմ2 համապատասխանաբար 1,2,4,6,10 և 20 վրկ ճառագայթման համար: Կողմնակի վնասի մակերեսը գտնվել է 0,003,0,0040.0106,00: և 0,027 մմ2: Կարելի է տեսնել, որ լազերային աբլյացիայի գոտիները և կողմնակի վնասի գոտիները մեծանում են ճառագայթման տևողության հետ միասին: Մենք սահմանում ենք գրավային վնասի հարաբերակցությունը որպես գրավի վնասի տարածքի հարաբերակցությունը 55C s T60C ջերմաստիճանում: Կողմնակի վնասի հարաբերակցությունը հայտնաբերված է: լինել 8,17%, 8,18%, 9,06%, 12,11%, 12,56% և 13,94% տարբեր ճառագայթման ժամանակների համար, ինչը նշանակում է, որ աբլացված հյուսվածքների կողմնակի վնասը փոքր է: Հետևաբար, համապարփակ փորձարկումներl տվյալները և մոդելավորման արդյունքները ցույց են տալիս, որ այս կոմպակտ, բարձր հզորության, ամբողջովին պինդ վիճակի 6,45 um ZGP-OPO լազերն ապահովում է կենսաբանական հյուսվածքների արդյունավետ աբլացիա: Եզրափակելով, մենք ցույց ենք տվել կոմպակտ, բարձր հզորության, ամբողջովին պինդ վիճակ: MIR իմպուլսային 6,45 um լազերային աղբյուր՝ հիմնված ns ZGP-OPO մոտեցման վրա: Ստացվել է առավելագույն միջին հզորություն 1,53 Վտ 3,65 կՎտ գագաթնակետային հզորությամբ և միջին ճառագայթի որակի գործակից M2=1,19: Օգտագործելով այս 6,45 մմ MIR ճառագայթումը, ա Կատարվել է սկզբունքի ապացույց հյուսվածքի լազերային աբլյացիայի վերաբերյալ: Ջերմաստիճանի բաշխումը աբլացված հյուսվածքի մակերեսի վրա փորձնականորեն չափվել և տեսականորեն նմանվել է: Չափված տվյալները լավ համընկնում են մոդելավորված արդյունքների հետ: Ավելին, կողմնակի վնասը տեսականորեն վերլուծվել է առաջին անգամ: Այս արդյունքները հաստատում են, որ մեր սեղանի MIR իմպուլսային լազերը 6,45 um-ում առաջարկում է կենսաբանական հյուսվածքների արդյունավետ աբլացիա և մեծ ներուժ ունի գործնական գործիք լինելու բժշկական և կենսաբանական գիտության մեջ, քանի որ այն կարող է փոխարինել մեծածավալ FEL-ին:լազերային scalpel.