Laser mid-infrared （MIR） sing kompak lan kuat kanthi ukuran 6,45 um kanthi daya output rata-rata dhuwur lan kualitas sinar Gaussian sing cedhak. Daya output maksimal 1,53 W kanthi lebar pulsa kira-kira 42 ns ing 10 kHz digayuh nggunakake ZnGeP2（ZGP）osilator parametrik optik （OPO）。 Iki minangka daya rata-rata paling dhuwur ing 6,45 um saka laser kabeh-solid-state sing paling apik.Faktor kualitas balok rata-rata diukur dadi M2=1.19.
Menapa malih, stabilitas daya output dhuwur dikonfirmasi, kanthi fluktuasi daya kurang saka 1,35% rms liwat 2 h, lan laser bisa mlaku luwih irit kanggo luwih saka 500 h ing total. jaringan otak dites. Salajengipun, efek karusakan agunan wis teori analisa pisanan, kanggo paling kawruh kita, lan asil nuduhake yen laser MIR iki nduweni kemampuan ablation banget, nggawe panggantos potensial kanggo laser elektron free.©2022 Optica Publishing Group
https://doi.org/10.1364/OL.446336
Radiasi laser inframerah tengah (MIR) 6,45 um nduweni aplikasi potensial ing bidang obat kanthi tliti dhuwur amarga kaluwihan saka tingkat ablasi sing akeh lan karusakan tambahan minimal 【1】. Laser elektron gratis （FELs），laser uap strontium,gas Laser Raman, lan laser solid-state adhedhasar osilator paramet-ric optik (OPO) utawa generasi frekuensi prabédan （DFG） biasane digunakake sumber laser 6,45 um. Nanging, biaya dhuwur, ukuran gedhe, lan struktur kompleks FEL mbatesi Aplikasi.Laser uap Strontium lan laser Raman gas bisa entuk pita target, nanging loro-lorone duwe stabilitas sing kurang, layanan sing cendhak.
urip kosok balene, lan mbutuhake pangopènan rumit.Studi nuduhake yen 6,45 um laser solid-state ngasilake sawetara termal dam-umur cilik ing jaringan biologi lan ambane ablasi sing luwih jero tinimbang FEL ing kondisi sing padha, kang diverifikasi sing padha bisa. digunakake minangka alternatif efektif kanggo FEL kanggo ablasi jaringan biologis 【2】. Kajaba iku, laser solid-state duwe kaluwihan saka struktur kompak, stabilitas apik, lan
operasi meja, nggawe alat sing janjeni kanggo entuk sumber cahya a6.45μn.Kaya sing dingerteni, kristal infra merah nonlinier duwe peran penting ing proses konversi frekuensi sing digunakake kanggo nggayuh laser MIR berkinerja tinggi. cocog kanggo ngasilake laser MIR. Kristal iki kalebu sebagian besar kalkogenida, kayata AgGaS2 (AGS) 【3,41，LiInS2 （LIS）【5,61， LilnSe2 （LISe）【7】，BaGaS）(BG8,9). 】，lan BaGaSe（BGSe）【10-12】，uga senyawa fosfor CdSiP2（CSP）【13-16】lan ZnGeP2 （ZGP）【17】；kanggo loro nonlinear cofficient sing terakhir duwe rela-ar sing gedhe. Contone, radiasi MIR bisa dipikolehi nggunakake CSP-OPOs. Nanging, umume CSP-OPO beroperasi ing skala wektu ultrashort （pico-lan femtosecond） lan dipompa kanthi sinkron kanthi kira-kira 1 laser sing dikunci mode um. Sayange, OPO sing dipompa kanthi sinkron ( Sistem SPOPO） nduweni persiyapan sing rumit lan larang regane. Daya rata-rata uga luwih murah tinimbang 100 mW ing sekitar 6,45 um【13-16】. Dibandhingake karo kristal CSP, ZGP duweni karusakan laser sing luwih dhuwur tinimbang telu.shold (60 MW/cm2), konduktivitas termal sing luwih dhuwur (0,36 W/cm K), lan koefisien nonlinear sing bisa dibandhingake (75pm/V). aplikasi energi 【18-221. Contone, rongga flat-flat ZGP-OPO karo sawetara tuning saka 3.8-12.4 um dipompa dening 2.93 um laser dituduhake. Energi siji-pulsa maksimum cahya idler ing 6.6 um punika 1,2 mJ 【201. Kanggo dawa gelombang spesifik 6,45 um, energi pulsa tunggal maksimal 5,67 mJ kanthi frekuensi pengulangan 100 Hz digayuh kanthi nggunakake rongga OPO ring non-planar adhedhasar kristal ZGP. Kanthi pengulangan frekuensi 200Hz, daya output rata-rata 0,95 W tekan 【221. Sa adoh kita ngerti, iki daya output paling dhuwur ngrambah ing 6,45 um.Pasinaon sing wis ana nuduhake yen daya rata-rata sing luwih dhuwur perlu kanggo ablasi jaringan sing efektif 【23】. Mulane, pangembangan sumber laser 6.45 um sing praktis bisa dadi penting banget kanggo promosi obat biologis.Ing Surat iki, kita nglaporake laser MIR 6.45 um sing kompak kabeh-padat sing nduweni daya output rata-rata dhuwur lan adhedhasar ZGP-OPO sing dipompa dening nanosecond（ns）-pulsa 2.09 um.
laser.The maksimum daya output rata-rata saka 6,45 um laser nganti 1,53 W karo jembaré pulsa saka kira-kira 42ns ing frekuensi Ambalan saka 10 kHz, lan wis kualitas Beam banget. Efek ablating saka 6,45 um laser ing jaringan kewan. diselidiki.Karya iki nuduhake yen laser minangka pendekatan efektif kanggo ablasi jaringan nyata, amarga tumindak minangka scalpel laser.Persiyapan eksperimen digambarake ing Gambar.1. ZGP-OPO dipompa nganggo laser 2.09 um Ho:YAG sing dipompa LD gawean omah sing nyedhiyakake daya rata-rata 28 W ing 10 kHz. kanthi durasi pulsa kira-kira 102 ns（ FWHM）lan faktor kualitas sinar rata-rata M2 kira-kira 1.7.MI lan M2 yaiku rong 45 pangilon kanthi lapisan sing reflektif banget ing 2.09 um. Cermin iki ngaktifake kontrol arah sinar pompa. Loro lensa fokus （f1 =100mm ,f2=100 mm） ditrapake kanggo collimation balok kanthi diameter balok kira-kira 3,5 mm ing kristal ZGP. Isolator optik （ISO） digunakake kanggo nyegah sinar pompa bali menyang sumber pompa 2,09 um. Plat setengah gelombang （HWP）ing 2.09 um digunakake kanggo ngontrol polarisasi cahya pompa.M3 lan M4 minangka pangilon rongga OPO, kanthi CaF2 sing rata digunakake minangka bahan substrat. Pangilon ngarep M3 dilapisi anti-refleksi（98%） kanggo pompa sinar lan refleksi dhuwur dilapisi （98%） kanggo gelombang sinyal 6,45 um lan 3,09 um. Pangilon metu M4 banget reflektif（98%） ing 2,09um lan 3,09 um lan ngidini transmisi sebagean saka 6,45 um idler.Kristal ZGP dipotong ing 6-77.6 ° lan p = 45 ° kanggo pencocokan fase tipe-JⅡ 【2090.0 （o）6450.0 （o）+3091.9 （e）】, sing luwih cocok kanggo cahya parametrik dawane gelombang tartamtu lan ngasilaken. linewidth dibandhingake karo pencocokan fase tipe-I. Dimensi kristal ZGP yaiku 5mm x 6 mm x 25 mm, lan dipoles lan dilapisi anti-refleksi ing loro faset pungkasan kanggo telung gelombang ing ndhuwur. Iki dibungkus nganggo foil indium lan tetep ing sink panas tembaga karo cooling banyu (T = 16). Dawane growong iku 27 mm. Wektu babak-trip OPO punika 0.537 ns kanggo laser pump.We dites batesan karusakan saka kristal ZGP dening R Metode -on-I 【17】. Ambang karusakan saka kristal ZGP diukur dadi 0,11 J/cm2 ing 10 kHz. kualitas lapisan relatif kurang.Daya output cahya idler sing diasilake diukur nganggo meter energi (D,OPHIR,1 uW nganti 3 W), lan dawane gelombang lampu sinyal dipantau nganggo spektrometer (APE, 1.5-6.3 m). entuk daya output dhuwur 6,45 um, kita ngoptimalake desain paramèter OPO. Simulasi numerik ditindakake adhedhasar teori campuran telung gelombang lan cquations propagasi paraxial 【24,25】； ing simulasi, kita nggunakake paramèter sing cocog karo kondisi eksperimen lan nganggep pulsa input kanthi profil Gaussian ing papan lan wektu. Hubungan antarane pangilon output OPO
transmitansi, intensitas daya pompa, lan efisiensi output dioptimalake kanthi ngolah Kapadhetan sinar pompa ing rongga kanggo entuk daya output sing luwih dhuwur nalika bebarengan ngindhari karusakan ing kristal ZGP lan unsur optik. Mangkono, daya pompa paling dhuwur diwatesi kira-kira 20 W kanggo operasi ZGP-OPO. Hasil simulasi nuduhake yen kopling output optimal kanthi transmisi 50% digunakake, Kapadhetan daya puncak maksimal mung 2,6 x 10 W / cm2 ing crys-tal ZGP, lan daya output rata-rata luwih saka 1,5 W bisa dijupuk. Figure 2 nuduhake hubungan antarane daya output diukur saka idler ing 6,45 um lan daya pump kedadean. Bisa dideleng saka Fig.2 sing daya output saka idler mundhak monotonously karo Daya pompa insiden. Ambang pompa cocog karo daya pompa rata-rata 3.55WA daya output idler maksimum 1.53 W digayuh ing daya pompa kira-kira 18.7 W, sing cocog karo efisiensi konversi optik-ke-optik of kira-kira 8,20%% lan cfliciency konversi kuantum 25,31%. Kanggo safety long-term, laser dilakokno ing cedhak kanggo 70% saka daya output maksimum sawijining. Stabilitas daya diukur ing daya output saka IW, minangka ditampilake ing inset （a）ing Fig.2. Ditemokake yen fluktuasi daya sing diukur kurang saka 1.35%rms ing 2 jam, lan laser bisa operate kanthi efisien luwih saka 500 jam total. Dawane gelombang gelombang sinyal diukur tinimbang idler amarga sawetara dawa gelombang winates saka spektrometer （APE，1.5-6.3 um） digunakake ing eksperimen kita. Dawane gelombang sinyal sing diukur dipusatake ing 3.09 um lan ambane garis kira-kira 0.3 nm, kaya sing ditampilake ing inset （b）saka Gambar.2. Dawane gelombang tengah idler banjur disimpulake dadi 6.45um. Jembar pulsa idler dideteksi dening photodetector（Thorlabs,PDAVJ10） lan direkam nganggo osiloskop digital (Tcktronix，2GHz ）. Bentuk gelombang oscilloscope khas ditampilake ing Fig.3 lan nampilake lebar pulsa kira-kira 42 ns. Lebar pulsapunika 41,18% sempit kanggo 6,45 um idler dibandhingake 2,09 um pump pulsa amarga gain temporal narrowing efek saka proses konversi frekuensi nonlinear. 6,45 um idler diukur nganggo sinar laser
analyzer （Spiricon,M2-200-PIII） kanthi daya output 1 W, kaya sing dituduhake ing Fig.4. Nilai sing diukur M2 lan M，2 yaiku 1.32 lan 1.06 ing sumbu x lan sumbu y, masing-masing, cocog karo faktor kualitas balok rata-rata M2 = 1.19. Insct saka Fig.4 nuduhake profil intensitas sinar loro-dimensi (2D), sing nduweni mode spasial cedhak Gaussian. Kanggo verifikasi yen pulsa 6.45 um nyedhiyakake abla-tion sing efektif, Eksperimen bukti prinsip sing nglibatake ablasi laser otak babi ditindakake. Lensa f=50 digunakake kanggo fokus sinar pulsa 6,45 um menyang radius pinggul kira-kira 0,75 mm. Posisi sing bakal dilebokake ing jaringan otak babi dilebokake ing fokus sinar laser. Suhu permukaan （T） jaringan biologis minangka fungsi saka lokasi radial r diukur nganggo thermocamera（FLIR A615） kanthi sinkron sajrone proses ablasi. Durasi iradiasi yaiku 1 ,2,4,6,10, lan 20 s ing daya laser saka I W. Kanggo saben durasi iradiasi, enem posisi sampel blated: r = 0,0.62,0.703,1.91,3.05, lan 4.14 mm ing sadawane arah radial babagan titik tengah posisi iradiasi, kaya sing dituduhake ing Fig.5. Kothak kasebut minangka data suhu sing diukur. Ditemokake ing Fig.5 yen suhu permukaan ing posisi ablasi ing jaringan mundhak kanthi nambah durasi iradiasi. Suhu paling dhuwur T ing titik tengah r=0 yaiku 132.39.160.32.196.34，
205,57,206,95, lan 226,05C kanggo durasi iradiasi 1,2,4,6,10, lan 20 detik, masing-masing. teori konduksi termal kanggo jaringan biologis126】lan teori propagasi laser ing jaringan biologis 【27】digabungake karo paramèter optik otak babi 1281.
Simulasi ditindakake kanthi asumsi input Gaussian beam. Amarga jaringan biologis sing digunakake ing eksperimen yaiku jaringan otak babi sing diisolasi, pengaruh getih lan metabolisme ing suhu ora digatekake, lan jaringan otak babi disederhanakake dadi wangun silinder kanggo simulasi-tion.Parameter sing digunakake ing simulasi diringkes ing Tabel 1. Kurva padhet ditampilake ing Fig.5 yaiku distribusi suhu radial simulasi babagan pusat ablasi ing permukaan jaringan kanggo enem iradiasi sing beda. Padha nuduhake profil suhu Gaussian saka tengah menyang pinggiran. Kabukten saka Fig.5 sing data eksperimen agrce uga karo asil simulasi. Iku uga nyoto saka Fig.5 sing suhu simulasi ing tengah saka posisi ablasi mundhak minangka durasi iradiasi-tion mundhak kanggo saben iradiasi. Riset sadurunge wis nuduhake yen sel ing jaringan sing sampurna aman ing suhu ngisor.55C, tegese sel tetep aktif ing zona ijo （T<55C） saka kurva ing Gambar.5. Zona kuning saben kurva（55C60C）.Sampeyan bisa diamati ing Fig.5 sing simulasi radii ablasi ing T=60 ° Care0.774,0.873,0.993,1.071,1.198lan 1.364 mm, masing-masing, kanggo iradiasi duration saka 1,2,4,6, 10, lan 20s, nalika radii ablasi simulasi ing T=55C yaiku 0.805,0.908,1.037,1.134,1.271, lan 1.456 mm, masing-masing. 2.394,3.098,3.604,4.509, lan 5.845 mm2 kanggo 1,2,4,6,10, lan 20s iradiasi, masing-masing. Wilayah kanthi area karusakan agunan ditemokake 0.003,0.0040.006,0.013,013,0 lan 0,027 mm2. Bisa dideleng yen zona ablasi laser lan zona karusakan agunan mundhak kanthi durasi iradiasi. dadi 8,17%, 8,18%, 9,06%, 12,11%, 12,56%, lan 13,94% kanggo wektu iradiasi sing beda-beda, tegese karusakan tambahan saka jaringan ablated cilik.l data lan asil simulasi nuduhake yen laser kompak, dhuwur-daya, kabeh-padat-negara 6.45 um ZGP-OPO menehi ablasi efektif saka tissues biologi. MIR pulsed 6.45 um sumber laser adhedhasar pendekatan ns ZGP-OPO. Daya rata-rata maksimum 1.53 W dipikolehi kanthi daya puncak 3.65kW lan faktor kualitas balok rata-rata M2=1.19. Nggunakake iki 6.45 um MIR radiation,a Eksperimen bukti prinsip ing ablasi laser jaringan ditindakake. Distribusi suhu ing permukaan jaringan ablated diukur sacara eksperimental lan teoritis simu-lated. Data sing diukur sarujuk karo asil simulasi. kanggo pisanan.Asil iki verifikasi manawa laser pulsa MIR tabletop kita ing 6.45 um nawakake ablasi efektif jaringan biologis lan duweni potensi gedhe kanggo dadi alat praktis ing ilmu medis lan biologi, amarga bisa ngganti FEL sing gedhe banget minangkascalpel laser.