Лазери паймон ва мустаҳками ҳама ҳолати сахти миёнаи инфрасурх （MIR） дар 6,45 um бо иқтидори баланди баромад ва сифати нури наздики Гауссӣ нишон дода шудааст. Иқтидори максималии баромади 1,53 Вт бо паҳнои импулс тақрибан 42 нс дар 10 кГц бо истифода аз осциллятори параметрии оптикии ZnGeP2 (ZGP) ба даст оварда мешавад (OPO).Омили миёнаи сифати нур чен карда мешавад M2 = 1,19.
Ғайр аз он, устувории баланди қувваи баромад бо тағирёбии нерӯи камтар аз 1,35% rms дар тӯли 2 соат тасдиқ карда мешавад ва лазер метавонад дар маҷмӯъ зиёда аз 500 соат самаранок кор кунад. Истифодаи ин набзи 6,45 um ҳамчун манбаи радиатсионӣ, абляцияи ҳайвонот бофтаи мағзи сар санҷида мешавад. Ғайр аз ин, таъсири зарари гарав бори аввал аз ҷиҳати назариявӣ, ба қадри маълумоти мо, таҳлил карда мешавад ва натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки ин лазери MIR дорои қобилияти аълои аблятсионӣ буда, онро ивазкунандаи эҳтимолии лазерҳои электронии озод месозад.© 2022 Optica Publishing Group

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

Радиатсияи лазерии миёна-инфрасурх (MIR) 6,45 um дорои барномаҳои эҳтимолӣ дар соҳаҳои тиб хеле дақиқ бо сабаби бартариятҳои он, суръати абляцияи назаррас ва зарари ҳадди ақали гарав 【1】.Лазерҳои электронии озод (FELs), лазерҳо, газҳои стронций Лазерҳои Раман ва лазерҳои ҳолати сахт дар асоси осциллятори параметри оптикӣ (OPO) ё тавлиди басомади фарқият (DFG) маъмулан манбаъҳои лазерии 6,45 um истифода мешаванд. Аммо, арзиши баланд, андозаи калон ва сохтори мураккаби FELs онҳоро маҳдуд мекунад. Лазерҳои буғи стронций ва лазерҳои газии Раман метавонанд бандҳои мақсаднокро ба даст оранд, аммо ҳардуи онҳо устувории паст доранд, сери кӯтоҳ доранд.
Тадқиқотҳо нишон доданд, ки лазерҳои ҳолати сахти 6,45 um дар бофтаҳои биологӣ диапазони камтари зарари гармиро ба вуҷуд меоранд ва умқи абляцияи онҳо нисбат ба FEL дар ҳамон шароит амиқтар аст, ки ин тасдиқ кардааст, ки онҳо метавонанд ҳамчун алтернативаи муассир ба FELs барои абляцияи бофтаи биологӣ истифода шавад 【2】. Илова бар ин, лазерҳои ҳолати сахт дорои бартариҳои сохтори паймон, устувории хуб ва

кори мизи корӣ, ки онҳоро барои ба даст овардани манбаи нури a6.45μn асбобҳои ояндадор месозад.Тавре ки маълум аст, кристаллҳои инфрасурхи ғайрихаттӣ дар раванди табдилдиҳии басомадҳо барои ноил шудан ба лазерҳои баландсифати MIR нақши муҳим мебозанд. Барои тавлиди лазерҳои MIR мувофиқанд. Ин кристалҳо аксарияти халькогенидҳоро дар бар мегиранд, аз қабили AgGaS2 （AGS）【3,41，LiInS2（LIS）【5,61， LilnSe2（LISe＀０G＀8G, 】， ва BaGaSe（BGSe）【10-12】, инчунин пайвастагиҳои фосфории CdSiP2（CSP）【13-16】 ва ZnGeP2 （ZGP）【барои ду хатти мутаносибан калон доранд. Масалан, радиатсияи MIR-ро бо истифода аз CSP-OPO ба даст овардан мумкин аст. Аммо, аксари CSP-OPOҳо дар миқёси вақтҳои ултракӯтоҳ (пико-ва фемтосония) кор мекунанд ва ба таври синхронӣ тавассути лазерҳои дар ҳолати қулфшудаи тақрибан 1 um насос карда мешаванд. Мутаассифона, инҳо ба таври синхронӣ OPO насос мекунанд. Системаҳои SPOPO） насби мураккаб доранд ва гаронарзиш мебошанд. Иқтидори миёнаи онҳо инчунин аз 100 мВт дар ҳудуди 6,45 um【13-16】 камтар аст. Дар муқоиса бо кристалл CSP, ZGP зарари лазерии баландтар дорад.нигоҳ доштан (60 МВт/см2), гузаронии гармии баландтар (0,36 Вт/см К) ва коэффисиенти муқоисашавандаи ғайрихаттӣ (75pm/V)。Аз ин рӯ, ZGP як кристали аълои оптикии MIR ғайрихаттӣ барои кристаллҳои дорои қудрати баланд ё баланд аст. барномаҳои энергетикӣ 【18-221. Масалан, як холигии ҳамвор ZGP-OPO бо диапазони танзими 3,8-12,4 um, ки тавассути лазери 2,93 um насос карда шудааст, намоиш дода шуд. Энергияи максималии як импулси нури бекор дар 6,6 um буд. 1,2 мҶ 【201.Барои дарозии мавҷи мушаххаси 6,45 um, энергияи максималии як импулси 5,67 мҶ дар басомади такрории 100 Гц бо истифода аз холигии ҳалқаи ғайриҳанҷавии OPO дар асоси кристалл ZGP ба даст омад. Бо такрор. басомади 200Гц, иқтидори миёнаи баромади 0,95 Вт расид 【221.То ҷое ки мо медонем, ин баландтарин қудрати баромад дар 6,45 um мебошад.Тадқиқотҳои мавҷуда нишон медиҳанд, ки қувваи миёнаи баландтар барои абляцияи самараноки матоъ зарур аст 【23】. Аз ин рӯ, таҳияи манбаи лазерии иқтидори амалии 6,45 um дар пешбурди тибби биологӣ аҳамияти бузург хоҳад дошт.Дар ин нома, мо дар бораи лазери оддии паймон ва ҳама ҳолати сахти MIR 6,45 um хабар медиҳем, ки дорои иқтидори миёнаи баланд аст ва ба ZGP-OPO асос ёфтааст, ки тавассути наносония(ns)-пулс 2,09 um насос мешавад.

Иқтидори ҳадди миёнаи баромади лазерии 6,45 um то 1,53 Вт бо паҳнои набзи тақрибан 42 нс дар басомади такрории 10 кГц аст ва он сифати аълои чӯбро дорад. Таъсири аблаткунандаи лазери 6,45 um дар бофтаи ҳайвонот Ин кор нишон медиҳад, ки лазер барои абляцияи воқеии бофтаҳо як усули муассир аст, зеро он ҳамчун скальпели лазерӣ амал мекунад.Танзимоти таҷрибавӣ дар расми 1 тасвир шудааст. ZGP-OPO бо лазери LD-сохтаи 2,09 um Ho:YAG, ки 28 Вт қувваи миёнаро дар 10 кГц бо давомнокии набзи тақрибан 102 нс интиқол медиҳад, насос карда мешавад. FWHM）ва омили миёнаи сифати нури M2 тақрибан 1,7.MI ва M2 ду 45 оина бо рӯйпӯшашон хеле инъикоскунанда дар 2,09 um мебошад. ,f2=100 мм）барои коллиматсияи чӯбро бо диаметри чӯби тақрибан 3,5 мм дар кристали ZGP истифода мебаранд. Барои пешгирии баргардонидани нури насос ба манбаи насоси 2,09 um изолятори оптикӣ (ISO) истифода мешавад. Пластинкаи ниммавҷ （HWP）дар 2,09 um барои назорати поляризатсияи нури насос истифода мешавад. M3 ва M4 оинаҳои холигии OPO буда, бо CaF2 ҳамвор ҳамчун маводи зерсохт истифода мешаванд. Оинаи пеши M3 барои насос зидди инъикос пӯшонида шудааст (98%) чӯб ва инъикоси баланд пӯшонидашуда (98%) барои мавҷҳои сигнали 6,45 um бекор ва 3,09 um. Оинаи баромади M4 хеле инъикос мекунад (98%) дар 2,09um ва 3,09 um ва қисман интиқоли 6,45 um бекора имкон медиҳад.Кристали ZGP дар 6-77,6 ° ва p = 45 ° барои мувофиқати фазаи навъи JⅡ бурида мешавад 【2090,0 （o）6450,0 （o）+3091,9 （e）】， ки барои параметри мавҷҳои равшанӣ ва параметри мушаххас мувофиқтар аст Андозаи кристали ZGP 5 мм x 6 мм x 25 мм буда, дар ҳар ду паҳлӯи охири се мавҷҳои дар боло овардашуда сайқал дода ва зидди инъикос фаро гирифта шудааст. Он дар фолгаи индиум печонида шудааст ва дар як гармкунаки мис бо сардшавии об (T=16）。Дарозии холигӣ ​​27 мм аст. Вақти гардиши OPO барои лазери насос 0,537 нс аст. Мо ҳадди зарари кристали ZGP-ро тавассути R санҷида будем. Усули -on-I 【17】. Ҳадди зарари кристали ZGP дар таҷриба 0,11 Ҷ/см2 дар 10 кГц чен карда шуд, ки ба зичии қуллаи қувваи барқ ​​1,4 МВт/см2, ки аз сабаби он паст аст, мувофиқ аст. сифати руйкашй нисбатан паст.Қувваи баромади нури бекори тавлидшуда бо асбоби энергетикӣ (D,OPHIR, 1 uW то 3 Вт) чен карда мешавад ва дарозии мавҷи нури сигнал тавассути спектрометр (APE, 1,5-6,3 м) назорат карда мешавад. иқтидори баланди баромади 6,45 um ба даст меорем, мо тарҳрезии параметрҳои OPO-ро оптимизатсия мекунем. Модельсозии ададӣ дар асоси назарияи омехтаи се мавҷ ва муодилаҳои паҳншавии параксиалӣ 【24,25】；дар моделиронӣ амалӣ карда мешавад. параметрҳои ба шароити таҷрибавӣ мувофиқро истифода баред ва импулси вурудро бо профили Гаусс дар фазо ва вақт қабул кунед. Муносибати байни оинаи баромади OPO

интиқол, шиддатнокии қувваи насос ва самаранокии баромад тавассути коркарди зичии нури насос дар холигоҳ барои ноил шудан ба қудрати баландтари баромад ва ҳамзамон пешгирӣ кардани осеб ба булӯри ZGP ва унсурҳои оптикӣ оптимизатсия карда мешавад. Ҳамин тариқ, қувваи баландтарини насос тақрибан 20 маҳдуд аст. W барои амалиёти ZGP-OPO. Натиҷаҳои тақлидшуда нишон медиҳанд, ки дар ҳоле ки пайвасткунандаи оптималии баромад бо интиқоли 50% истифода мешавад, зичии максималии қувваи барқ ​​дар кристалл ZGP танҳо 2,6 x 10 Вт/см2 ва қувваи миёнаи баромадро ташкил медиҳад. зиёда аз 1,5 Вт ба даст овардан мумкин аст. Дар расми 2 робитаи байни иктидори ченшудаи баромади бекорхобида дар 6,45 um ва иктидори насоси афтанда нишон дода шудааст. Аз расми 2 дида мешавад, ки иктидори баромади бекорхобида бо суръати якранг зиёд мешавад. Ҳадди насос ба иқтидори миёнаи насоси 3,55WA мувофиқат мекунад, ки ҳадди аксар 1,53 Вт, бо қудрати насоси тақрибан 18,7 Вт ба даст меояд, ки ба самаранокии табдили оптикӣ ба оптикӣ мувофиқ аст.f тақрибан 8,20% ва қобилияти табдили квантӣ 25,31%. Барои бехатарии дарозмуддат, лазер дар тақрибан 70% аз ҳадди ниҳоии қувваи барқ ​​​​кор карда мешавад. Устувории барқ ​​бо қувваи баромади IW чен карда мешавад, ҳамчунон Дар дохил (a) дар расми 2 нишон дода шудааст. Муайян карда мешавад, ки тағирёбии қувваи ченшуда камтар аз 1,35% rms дар 2 соат аст ва лазер метавонад дар маҷмӯъ зиёда аз 500 соат самаранок кор кунад. Дарозии мавҷи сигнал аз сабаби маҳдуд будани диапазони дарозии мавҷи спектрометр (APE，1,5-6,3 um), ки дар озмоиши мо истифода шудааст, ба ҷои диапазони бекор чен карда мешавад. Дарозии мавҷи ченшудаи сигнал дар марказ 3,09 um ва паҳнои хат тақрибан 0,3 нм аст, тавре ки нишон дода шудааст. Дар дохил (b)-и расми 2. Дарозии мавҷи марказии бекоркунӣ пас аз 6,45 um ҳисоб карда мешавад. Паҳнои набзи бекор тавассути фотодетектор (Thorlabs, PDAVJ10) муайян карда мешавад ва тавассути осциллографи рақамӣ (Tcktronix) сабт карда мешавад. ）。Шакли мавҷи маъмулии осциллограф дар расми 3 нишон дода шудааст ва паҳнои набзи тақрибан 42 нс-ро нишон медиҳад. Паҳнои набздар муқоиса бо набзи насоси 2,09 um аз сабаби тангшавии фоидаи муваққатии раванди табдили басомади ғайрихаттӣ 41,18% барои 6,45 um бекора 41,18% тангтар аст. Дар натиҷа қувваи қуллаи импулси мувофиқ 3,56 кВт аст. Омили сифати чӯбро 6,45 um бекорхобида бо нури лазер чен карда мешавад

анализатор （Spiricon,M2-200-PIII）дар 1 Вт қувваи баромад, тавре ки дар расми 4 нишон дода шудааст. Қиматҳои ченкунии M2 ва M，2 мутаносибан 1,32 ва 1,06 дар баробари меҳвари x ва меҳвари y мебошанд, ба омили миёнаи сифати нури M2=1,19. Дар ҳашароти расми 4 профили шиддатнокии дученака (2D) нишон дода шудааст, ки режими фазоии наздики Гаусс дорад. Барои тафтиш кардани он, ки набзи 6,45 um аблаатсияи муассирро таъмин мекунад, озмоиши исботи принсипӣ бо аблятсияи лазерии мағзи хук гузаронида мешавад. Линзаи f = 50 барои тамаркуз кардани нури набзи 6,45 um ба радиуси камари тақрибан 0,75 мм истифода мешавад. Мавқеъ, ки дар бофтаи мағзи хук аблятсия карда мешавад. Дар фокуси шуои лазер ҷойгир карда мешавад. Ҳарорати сатҳи （T） бофтаи биологӣ ҳамчун вазифаи ҷойгиршавии радиалӣ r тавассути термокамера（FLIR A615） синхронӣ ҳангоми раванди аблятсия чен карда мешавад. Давомнокии шуоъ 1 аст. ,2,4,6,10，ва 20 с дар иқтидори лазерии I Вт. Барои ҳар як давомнокии шуоъсозӣ, шаш мавқеъи намунаҳо бофта мешаванд: r=0,0,62,0,703,1,91,3,05，ва 4,14 мм қад-қади самти радиалӣ нисбат ба нуқтаи марказии мавқеъи радиатсионӣ, тавре ки дар расми 5 нишон дода шудааст. Дар квадратҳо маълумотҳои ҳарорати ченшуда мебошанд.Дар расми 5 пайдо мешавад, ки ҳарорати сатҳ дар мавқеъи абляция дар бофта бо зиёд шудани давомнокии шуоъ меафзояд. Ҳарорати баландтарин T дар нуқтаи марказии r=0 132,39,160,32,196,34，

205,57,206,95， ва 226,05C барои давомнокии шуоъ мутаносибан 1,2，4,6,10， ва 20 сония. Барои таҳлили зарари гарав, тақсимоти ҳарорат дар сатҳи матоъҳои аблатшуда тақлид карда мешавад. назарияи гармигузаронӣ барои бофтаи биологӣ126】ва назарияи паҳншавии лазерӣ дар бофтаи биологӣ 【27】якҷоя бо параметрҳои оптикии мағзи хук 1281.
Модельсозӣ бо фарзияи шуои воридшудаи Гаусс анҷом дода мешавад. Азбаски бофтаи биологии дар таҷриба истифодашаванда бофтаи мағзи хуки ҷудошуда мебошад, таъсири хун ва мубодилаи моддаҳо ба ҳарорат нодида гирифта мешавад ва бофтаи мағзи хук содда карда мешавад. шакли силиндр барои симулятсия. Параметрҳои дар моделиронӣ истифодашуда дар ҷадвали 1 ҷамъбаст карда шудаанд. Каҷҳои сахти дар расми 5 нишон додашуда тақсимоти ҳарорати радиалии моделиронӣ нисбат ба маркази абляция дар сатҳи матоъ барои шаш радиатсияи гуногун мебошанд. Давомнокӣ.Онҳо профили ҳарорати Гауссианиро аз марказ то периферия нишон медиҳанд. Аз расми 5 маълум аст, ки маълумоти таҷрибавӣ бо натиҷаҳои тақлидшуда хуб аст. Инчунин аз расми 5 маълум аст, ки ҳарорати симулятсияшуда дар маркази мавқеъи аблятсия бо зиёд шудани давомнокии шуоъ барои ҳар як шуоъ меафзояд. Тадқиқоти қаблӣ нишон дод, ки ҳуҷайраҳои бофта дар ҳарорати поён комилан бехатаранд.55C, ки ин маънои онро дорад, ки ҳуҷайраҳо дар минтақаҳои сабзи (T<55C) каҷҳо дар расми 5 фаъол боқӣ мемонанд. Минтақаи зарди ҳар як каҷ (55C)60C）。Дар расми 5 мушоҳида кардан мумкин аст, ки радиусҳои абляцияи моделиронӣ дар T=60°Care мутаносибан 0,774,0,873,0,993,1,071,1,198 ва 1,364 мм, барои давомнокии радиатсия 1,2,4， 10， ва 20с, дар ҳоле ки радиусҳои абляцияи тақлидшуда дар T=55C мутаносибан 0,805,0,908,1,037,1,134,1,271， ва 1,456 мм мебошанд. Ҳангоми таҳлили миқдорӣ таъсири абляция, ҳуҷайраҳои мурда arca2 бо 8,1 пайдо мешаванд. 2.394,3.098,3.604,4.509，ва 5.845 мм2 барои 1,2,4,6,10， ва 20с радиатсионӣ. Майдони зарари гаравӣ 0,003,0,0040,017,0,0,0,0. ва 0,027 мм2. Мумкин аст, ки минтақаҳои абляцияи лазерӣ ва минтақаҳои зарари гарав бо давомнокии шуоъ зиёд мешаванд. Мо таносуби зарари гаравро таносуби майдони зарари гарав дар 55С s T60C муайян мекунем. Таносуби зарари гарав пайдо мешавад. ба 8,17%，8,18%，9,06%，12,11%，12,56%， ва 13,94% барои вақтҳои гуногуни радиатсия, яъне 13,94%, яъне зарари гаравии бофтаҳои аблатшуда хурд аст. Аз ин рӯ, таҷрибаи ҳамаҷониба гузаронида мешавад.l маълумот ва натиҷаҳои моделиронӣ нишон медиҳанд, ки ин лазери паймон, пуриқтидор, ҳама ҳолати сахти 6,45 um ZGP-OPO абляцияи муассири бофтаҳои биологиро таъмин мекунад. Дар натиҷа, мо як ҳолати паймон, қудрати баланд ва ҳама ҳолати сахтро нишон додем. Сарчашмаи лазерии импулси 6,45 um дар асоси равиши ns ZGP-OPO. Иқтидори миёнаи ҳадди аксар 1,53 Вт бо қувваи қуллаи 3,65 кВт ва омили миёнаи сифати нури M2 = 1,19 ба даст омад. Бо истифода аз ин радиатсияи 6,45 um MIR, a Таҷрибаи асоснок оид ба абляцияи лазерии матоъ анҷом дода шуд. Тақсимоти ҳарорат дар сатҳи бофтаи аблатшуда ба таври таҷрибавӣ чен карда шуд ва аз ҷиҳати назариявӣ тақлид карда шуд. Маълумоти ченшуда бо натиҷаҳои тақлидшуда мувофиқат кард. Илова бар ин, зарари гарав аз ҷиҳати назариявӣ таҳлил карда шуд. бори аввал. Ин натиҷаҳо тасдиқ мекунанд, ки лазери импулси MIR дар болои мизи кории мо дар 6,45 um абляцияи муассири бофтаҳои биологиро пешкаш мекунад ва дорои потенсиали бузургест барои як абзори амалӣ дар илми тиб ва биологӣ, зеро он метавонад як FEL-и калонро иваз кунад.скальпели лазерӣ.