Ykjam we berk berk orta orta infragyzyl IR MIR） lazer, orta çykaryş güýji we Gaussyň ýakyn şöhlesiniň hili bilen 6.45 um tizlikde görkezilýär. Iň ýokary çykaryş güýji 1,53 Wt, impuls giňligi takmynan 10 ns kHz ZnGeP2 （ZGP） optiki parametriki yrgyldadyjy （OPO using arkaly ulanylýar, bu biziň bilşimiz ýaly gaty berk lazeriň 6.45 um tizliginde iň ýokary ortaça güýçdir.Şöhläniň ortaça faktory M2 = 1,19 diýip ölçelýär.
Mundan başga-da, kuwwatyň 2 sagatda 1,35% -den az üýtgemegi bilen, ýokary öndürijilik kuwwatynyň durnuklylygy tassyklanýar we lazer jemi 500 sagatdan gowrak işläp bilýär. Bu 6.45 um impulsyny radiasiýa çeşmesi hökmünde ulanyp, haýwanlaryň ablasiýasy beýni dokumasy synagdan geçirilýär. Mundan başga-da, girewiň zyýany ilkinji gezek teoretiki taýdan seljerilýär we netijeler, bu MIR lazeriniň ajaýyp ablasiýa ukybynyň bardygyny we erkin elektron lazerleriniň mümkinçiligini çalşyp biljekdigini görkezýär.© 2022 Optika neşirýat topary

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

Orta infragyzyl IR MIR） 6.45 um lazer şöhlelenmesi ep-esli ablasiýa derejesiniň we iň az girew zyýanynyň artykmaçlygy sebäpli ýokary takyklyk lukmançylyk meýdançalarynda potensial enjamlara eýe bolup biler. Optiki parametrlere baý yrgyldadyjy （OPO difference ýa-da tapawut ýygylygy （DFG based esasly Raman lazerleri we gaty berk lazerler adatça 6.45 um lazer çeşmelerinde ulanylýar. Şeýle-de bolsa, FEL-leriň ýokary bahasy, uly göwrümi we çylşyrymly gurluşy olary çäklendirýär Programma.Strontium bug lazerleri we gaz Raman lazerleri maksat zolaklaryny alyp biler, ýöne ikisiniňem durnuklylygy pes, gysga ser.
Öwreniji, çylşyrymly tehniki hyzmaty talap edýär. Okuwçylar 6.45 um gaty berk lazerleriň biologiki dokumalarda has kiçi termiki bent ýaşyny öndürýändigini we ablasiýa çuňlugynyň şol bir şertlerde FEL-den has çuňdygyny, munuň mümkindigini tassykladylar. biologiki dokuma ablasiýasy üçin FEL-leriň täsirli alternatiwasy hökmünde ulanylmaly 【2 addition Mundan başga-da, gaty berk lazerler ykjam gurluşyň, oňat durnuklylygyň we

planşet operasiýasy, a6.45μn ýagtylyk çeşmesini almak üçin geljegi uly gurallara öwrülýär.Mälim bolşy ýaly, ýokary öndürijilikli MIR lazerlerine ýetmek üçin ulanylýan ýygylygy öwürmek prosesinde çyzykly infragyzyl kristallar möhüm rol oýnaýar. 4 oç kesilen gyrasy bilen oksid infragyzyl sesleri bilen deňeşdirilende, oksid däl kristallar gowy MIR lazerlerini öndürmek üçin amatly. Bu kristallarda AgGaS2 （AGS 41 41 3,41 ， LiInS2 （LIS）, 6 5,61 il LilnSe2 （LISe） 【7】 G BaGaS （8,9 ýaly kalkogenidleriň köpüsi bar. 】 ， We BaGaSe （BGSe） -12 10-12】 ，, şeýle hem fosfor birleşmeleri CdSiP2 （CSP 【【13-16】 we ZnGeP2 （ZGP） 【17】 two soňky ikisinde-de biri-birine bagly bolmadyk uly çyzykly koeffisiýentler bar. Mysal üçin, MIR radiasiýasyny CSP-OPO ulanyp alyp bolýar. Şeýle-de bolsa, CSP-OPO-laryň köpüsi ultraşort （piko-we femtosekunt scale wagt masştabynda işleýär we takmynan 1 um re modeimli gulplanan lazerler bilen sinhron sorulýar. Gynansak-da, bu sinhron OPO （ SPOPO） ulgamlary çylşyrymly gurnama we gaty gymmat. Olaryň ortaça kuwwaty hem 6.45 um 【13-16 around töwereginde 100 mWt-dan pesdir. CSP kristaly bilen deňeşdirilende, ZGP-de has ýokary lazer zeper ýetýärşold （60 MW / cm2 higher higher has ýokary ýylylyk geçirijilikli （0.36 W / cm K） and we deňeşdirip bolmaýan çyzykly koeffisiýent pm 75 pm / V） Şonuň üçin ZGP ýokary güýçli ýa-da ýokary derejeli MIR çyzykly optiki kristaldyr. energiýa goşundylary 【18-221. Mysal üçin, 2,93 um lazer bilen nasoslanan 3,8-12.4 um aralygyndaky tekiz tekiz boşluk ZGP-OPO görkezildi. 1,2 mJ 【201. Aýratyn tolkun uzynlygy üçin 6.45 um üçin, 100 Hz gaýtalanma ýygylygynda 5,6 mJ-lik iň uly impulsly energiýa, ZGP kristalyna esaslanýan meýilnama däl halka OPO boşlugyny ulanmak arkaly gazanyldy. Gaýtalama bilen. 200Hz ýygylygy, ortaça çykaryş güýji 0,95 Wt 【221-e ýetdi. Bilşimiz ýaly bu 6.45 um-da gazanylan iň ýokary çykyş güýji.Bar bolan gözlegler, dokumanyň ablasiýasy üçin 【23 average has ýokary ortaça güýjüň zerurdygyny görkezýär .Şonuň üçin amaly güýçli 6.45 um lazer çeşmesiniň ösdürilmegi biologiki lukmançylygy ösdürmekde möhüm ähmiýete eýe bolar.Bu hatda, ortaça ýokary çykaryş güýjüne eýe bolan we nanosekunt （ns ）pulse 2.09 um bilen sorulan ZGP-OPO esasly ýönekeý, ykjam gaty berk MIR 6.45 um lazerini habar berýäris.

lazer derňelýär. Bu iş, lazeriň skalpel ýaly hereket edýändigi sebäpli, dokumanyň ablasiýasy üçin täsirli çemeleşmäni görkezýär.Synag gurnama 1-nji suratda çyzylýar. ZGP-OPO öýde öndürilen LD nasosly 2.09 um Ho: YAG lazeri, 10 kHz ortaça 28 W güýji berýär. Impulsyň dowamlylygy takmynan 102 ns （ FWHM） we takmynan 1,7.MI we M2 şöhleleriniň ortaça hil faktory, 2.09 umda ýokary şöhlelendirilen örtükli iki 45 aýna. Bu aýnalar nasos şöhlesini ugrukdyrmaga mümkinçilik berýär. Iki fokusly linza （f1 = 100mm , ZGP kristalynda şöhläniň diametri takmynan 3,5 mm bolan şöhleleriň birleşmegi üçin f2 = 100 mm. ulanylýar. Nasos şöhlesiniň 2.09 um nasos çeşmesine gaýdyp gelmeginiň öňüni almak üçin optiki izolýator （ISO n ulanylýar. Halfarym tolkunly plastinka 2.09 um HWP pump nasos çyrasynyň polýarizasiýasyna gözegçilik etmek üçin ulanylýar. M3 we M4 OPO boşluk aýnalary, substrat material hökmünde ulanylýan tekiz CaF2. 6.45 um işleýji we 3.09 um signal tolkunlary üçin şöhle we ýokary şöhlelendirilen örtük （98%.. ​​Daşarky aýna M4 2.09-da ýokary şöhlelendiriji （98% isum we 3.09 um we 6.45 um işçiniň bölekleýin geçirilmegine mümkinçilik berýär.ZGP kristaly belli bir tolkun uzynlygy üçin has amatly we dar tolkunly parametriki ýagtylyk berýän 【2090.0 （o 50 6450.0 （o） + 3091.9 （e） matching for görnüşine laýyk gelmek üçin 6-77,6 ° we p = 45 ° kesilýär. I görnüşi bilen deňeşdirilende çyzyk giňligi. ZGP kristalynyň ölçegleri 5mm x 6 mm x 25 mm bolup, ýokardaky üç tolkun üçin iki ujunda ýalpyldawuk we şöhlelenmä garşy örtülendir. Ol indiý folga bilen örtülendir we Suw sowadyjy mis mis gyzdyryjy enjamda berkidilen （T = 16 cav cav Çukuryň uzynlygy 27 mm. OPO-nyň aýlaw wagty nasos lazeri üçin 0,537 ns. ZGP kristalynyň zeper ýeten çägini R tarapyndan synag etdik -on-I usuly 【17】 .GG kristalynyň zeper ýetmesi 10 kHz-da 0,11 J / cm2 diýip ölçenildi, bu iň pes güýç dykyzlygyna 1,4 MW / cm2 corresponding laýyk gelýär. örtügiň hili birneme pes.Döredilen işsiz ýagtylygyň çykyş güýji meter D, OPHIR ， 1 uW - 3 W an energiýa ölçegi bilen ölçelýär we signal çyrasynyň tolkun uzynlygy spektrometr （APE ， 1.5-6.3 m） to 6.45 um ýokary öndürijilik güýjüni alyň, OPO-nyň parametrleriniň dizaýnyny optimizirleýäris, san simulýasiýasy üç tolkunly garyşyk teoriýasyna we simulýasiýada paraxial köpeliş ququations 【24,25 based based esasynda amala aşyrylýar. tejribe şertlerine laýyk gelýän parametrleri ulanyň we giňişlikde we wagtda Gauss profiline giriş impulsyny kabul ediň. OPO çykyş aýnasynyň arasyndaky baglanyşyk

geçirijilik, nasos güýjüniň intensiwligi we çykyş netijeliligi, şol bir wagtyň özünde ZGP kristalyna we optiki elementlere zeper ýetmeginiň öňüni almak bilen, boşlukdaky nasos şöhlesiniň dykyzlygyny manipulirlemek arkaly optimallaşdyrylýar. Şonuň üçin iň ýokary nasos güýji 20 töweregi bilen çäklenýär. ZGP-OPO operasiýasy üçin W 1,5 Wt-dan gowrak gazanyp bolýar. 2-nji surat, 6.45 um-da işleýän adamyň ölçenen güýji bilen hadysanyň nasos güýjüniň arasyndaky baglanyşygy görkezýär. hadysanyň nasos güýjif takmynan 8.20 %% we kwant öwrülişi 25.31%. Uzak möhletli howpsuzlyk üçin lazer iň ýokary çykýan güýjüniň 70% -ine golaý işleýär. Kuwwatyň durnuklylygy IW-iň çykyş güýjünde ölçelýär 2-nji suratda （a in goşmaçada görkezilýär Synagymyzda ulanylýan spektrometriň çäkli tolkun uzynlygy diapazony id APE ， 1.5-6.3 um sebäpli işleýänleriň ýerine ölçelýär. Ölçenen signal tolkun uzynlygy 3.09 um merkezde we çyzygyň ini takmynan 0,3 nm. 2-nji suratyň （b in bölüminde. Işleýänleriň merkezi tolkun uzynlygy 6.45um diýip kesgitlenýär. Işleýän adamyň impuls giňligi fotodetektor （Thorlabs, PDAVJ10 by tarapyndan kesgitlenýär we sanly osiloskop （Tcktronix ， 2GHz Typ typical Adaty bir osiloskop tolkun formasy 3-nji suratda görkezilýär we impulsyň giňligi takmynan 42 n.Çyzykly däl ýygylyk öwrülişiniň wagtlaýyn täsiriniň azalmagy sebäpli 2.09 um nasos impulsy bilen deňeşdirilende, 6.45 um işleýän üçin 41,18% dar. Netijede, degişli işsiz impulsyň iň ýokary güýji 3,56 kWt. 6.45 um işleýji lazer şöhlesi bilen ölçelýär

analizator 4. Spiricon, M2-200-PIII 4 4-nji suratda görkezilişi ýaly çykyş güýjüniň 1 Wt güýjünde ortaça şöhläniň hil faktory M2 = 1.19. 4-nji suratyň inçesi, Gaussyň giňişlik re modeimine eýe bolan iki ölçegli （2D） şöhle intensiwligini görkezýär. 6.45 um impulsynyň täsirli ablasiýa üpjün edýändigini barlamak üçin, Çorbanyň beýnisiniň lazer ablasiýasy bilen baglanyşykly prinsipial synag geçirilýär. 6.45 um impuls şöhlesini bel radiusyna takmynan 0,75 mm gönükdirmek üçin f = 50 linzada ulanylýar. lazer şöhlesiniň merkezinde ýerleşdirilýär. Radial ýerleşişiň funksiýasy hökmünde biologiki dokumanyň üstki temperaturasy （T termokamera （FLIR A615 ab ablasiýa prosesinde sinhron ölçelýär. Şöhle dowamlylygy 1 , I W.-nyň lazer güýji bilen 2,4,6,10 ， we 20 s5-nji suratda görkezilişi ýaly, şöhlelenme merkeziniň merkezi nokadyna görä radial ugry boýunça 03,1.91,3.05 ， we 4,14 mm. dokumanyň ablasiýa ýagdaýynda şöhlelenme dowamlylygynyň ýokarlanmagy bilen ýokarlanýar. R = 0 merkezi nokatda iň ýokary temperatura 132.39,160.32,196.34 ，

205.57,206.95 ， we 226.05C degişlilikde 1,2，4,6,10 ， we 20 s şöhlelenme dowamlylygy üçin. Girewiň zeperlenmesini seljermek üçin ablasiýa dokumanyň üstündäki temperaturanyň paýlanyşy simulirlendi. Bu şoňa laýyklykda amala aşyrylýar biologiki dokumalar üçin ýylylyk geçiriji teoriýa126 biological we biologiki dokumada lazeriň köpelmegi nazaryýeti 【27 por porzin beýnisiniň optiki parametrleri bilen utgaşýar.
Simulýasiýa Gauss şöhlesini kabul etmek bilen ýerine ýetirilýär. Synagda ulanylýan biologiki dokumanyň izolirlenen doňuz beýni dokumasy bolany üçin, ganyň we metabolizmanyň temperatura täsirine ähmiýet berilmeýär we doňuz beýniniň dokumasy ýönekeýleşdirilýär Simulýasiýa üçin silindriň görnüşi. Simulýasiýada ulanylýan parametrler 1-nji tablisada jemlenendir. 5-nji suratda görkezilen gaty egriler, alty dürli şöhlelenme üçin dokumanyň üstündäki ablasiýa merkezine simulirlenen radial temperaturanyň paýlanyşydyr. dowamlylygy. Olar merkezden periferiýa çenli Gaussyň temperatura profilini görkezýärler. Synag maglumatlarynyň simulirlenen netijeler bilen oňat ösýändigi 5-nji suratdan görünýär. 5-nji suratdan merkezdäki simulirlenen temperaturanyň hem görünýändigi görünýär. Her şöhlelenme üçin şöhlelenmäniň dowamlylygy artdygyça ablasiýa ýagdaýy ýokarlanýar. Öňki gözlegler dokumadaky öýjükleriň aşakdaky tematuralarda doly howpsuzdygyny görkezdi55C, 5-nji suratda egrileriň （T <55C green ýaşyl zolaklarda işjeň bolmagyny aňladýar. Her egriniň sary zolagy （55C60C 5 5-nji suratda şöhlelenme dowamlylygy üçin degişlilikde T = 60 ° Care0.774,0.873,0.993,1.071,1.198 we 1,364 mm-de simulirlenen ablasiýa radiusynyň bardygyny görmek bolýar. 10 ， we 20s, simulirlenen ablasiýa radiusy bolsaT = 55C degişlilikde0.805,0.908,1.037,1.134,1.271 ， we1.456 mm. 1,39,4,10 ， we 20s şöhlelenme üçin degişlilikde 2,394,3.098,3.604,4.509 ， we 5.845 mm2. we 0.027 mm2. Lazer ablasiýa zolaklarynyň we girew goýulýan zeper zolaklarynyň şöhlelenme dowamlylygy bilen köpelýändigini görmek bolýar. Girewiň zyýany 55C s T60C-de girew zyýanynyň gatnaşygydygyny kesgitleýäris. dürli şöhlelenme wagtlary üçin 8,17% ， 8.18% ， 9.06% ， 12.11% ， 12.56% 13. we 13,94% bolmak, bu ablasiýa dokumalarynyň girew zeperiniň azdygyny aňladýar. Şonuň üçin hemmetaraplaýyn synagl maglumatlar we simulýasiýa netijeleri, bu ykjam, ýokary kuwwatly, gaty berk 6.45 um ZGP-OPO lazeriniň biologiki dokumalaryň täsirli ablasiýasyny üpjün edýändigini görkezýär. Netijede, ykjam, ýokary güýçli, gaty berk ýagdaýy görkezdik. NG ZGP-OPO çemeleşmesine esaslanan MIR 6.45 um lazer çeşmesini impuls etdi. Iň ýokary güýji 1,53 Wt, iň ýokary güýji 3,65kW we ortaça şöhläniň hil faktory M2 = 1.19. Bu 6.45 um MIR radiasiýasyny ulanyp, a Dokumanyň lazer ablasyýasy boýunça prinsipial synag geçirildi. Ablasiýa edilen dokumanyň üstündäki temperaturanyň paýlanyşy eksperimental ölçeldi we teoretiki taýdan simu bilen örtüldi. Ölçenen maglumatlar simulirlenen netijeler bilen gowy ylalaşdy. Mundan başga-da, girew zyýany teoretiki taýdan derňeldi Ilkinji gezek. Bu netijeler, 6.45 um tizlikdäki MIR impulsly lazerimiziň biologiki dokumalaryň täsirli ablasiýasyny hödürleýändigini we uly FEL-iň ornuny tutup biljekdigi sebäpli lukmançylyk we biologiýa ylymlarynda amaly gural bolmak üçin uly potensialynyň bardygyny tassyklaýar.lazer skalpel.