Infragorri ertaineko (MIR) egoera solido osoko laser trinko eta sendoa 6,45 um-ko batez besteko irteerako potentzia handiko eta ia Gauss-eko izpien kalitatea frogatzen da. 1,53 W-eko gehienezko irteera-potentzia 42 ns-ko pultsu-zabalera 10etan gutxi gorabehera. kHz-a ZnGeP2 (ZGP) osziladore parametriko optiko bat erabiliz lortzen da (OPO).Batez besteko habearen kalitate-faktorea M2=1,19 dela neurtzen da.
Gainera, irteerako potentzia-egonkortasun handia berresten da, 2 ordutan zehar % 1,35 rms baino gutxiagoko potentzia-fluktuazioarekin, eta laserra eraginkortasunez exekutatu daiteke guztira 500 h baino gehiagoz. garuneko ehuna probatzen da. Gainera, alboko kalteen efektua teorikoki aztertzen da lehen aldiz, dakigunez, eta emaitzek adierazten dute MIR laser honek ablazio-gaitasun bikaina duela, elektroi askeen laserren ordezko potentziala bihurtuz.©2022 Optica Publishing Group

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

Infragorri ertaineko (MIR) 6,45 um-ko laser erradiazioak aplikazio potentzialak ditu doitasun handiko medikuntza-esparruetan, ablazio-tasa handia eta kalte albo minimoaren abantailengatik 【1】. Doako elektroi laserrak (FELak), estronzio-lurrunaren laserrak, gasak. Raman laserrak eta osziladore parametriko optiko batean (OPO) edo diferentzia-maiztasunaren sorreran oinarritutako egoera solidoko laserrak (DFG) erabili ohi dira 6,45 um-ko laser iturriak. Hala ere, FELen kostu altuak, tamaina handiak eta egitura konplexuak mugatzen dute. Aplikazioa.Estronzio-lurrunaren laserrak eta gas Raman laserrak xede-bandak lor ditzakete, baina biek egonkortasun eskasa dute, zerbitzu laburra.
bizioa bizi da, eta mantentze konplexua behar dute.Ikerketek frogatu zuten 6,45 um-ko egoera solidoko laserrek kalte termikoen adin-tarte txikiagoa sortzen dutela ehun biologikoetan eta haien ablazio-sakonera FEL batena baino sakonagoa dela baldintza berdinetan, eta horrek egiaztatu egin dezakeela. ehun biologikoen ablaziorako FELen alternatiba eraginkor gisa erabili 【2】. Gainera, egoera solidoko laserrek egitura trinkoaren, egonkortasunaren eta egonkortasunaren abantailak dituzte.

Mahai gaineko funtzionamendua, 6.45μn argi iturria lortzeko tresna itxaropentsu bihurtuz.Jakina denez, infragorri ez-linealeko kristalek paper garrantzitsua jokatzen dute errendimendu handiko MIR laserrak lortzeko erabiltzen den maiztasun-bihurketa-prozesuan. MIR laserrak sortzeko egokia da. Kristal hauek kalkogenuro gehienak barne hartzen dituzte, hala nola AgGaS2 （AGS）【3,41，LiInS2 （LIS）【5,61， LilnSe2 （LISe）【7】GS）【7】S 】，eta BaGaSe（BGSe）【10-12】，baita fosforo konposatuak CdSiP2（CSP）【13-16】eta ZnGeP2 （ZGP）【17】biak dira koefiziente erlatiborik gabeko biak; azken koefiziente erlatiboki biak dira. Adibidez, MIR erradiazioa CSP-OPO-ak erabiliz lor daiteke. Hala ere, CSP-OPO gehienek denbora-eskala ultralaburra (piko-eta femtosegundoa) funtzionatzen dute eta modu sinkronoan ponpatzen dira gutxi gorabehera 1 um modu-blokeatutako laserrekin. SPOPO）sistemek konfigurazio konplexua dute eta garestiak dira. Haien batez besteko potentzia ere 100 mW baino txikiagoa da 6,45 um inguruan【13-16】. CSP kristalarekin alderatuta, ZGP-k laserren kalte handiagoa du.shold (60 MW/cm2), eroankortasun termiko handiagoa (0,36 W/cm K) eta koefiziente ez-lineal konparagarria (75pm/V). Horregatik, ZGP MIR kristal optiko ez-lineal bikaina da potentzia handiko edo potentzia handikoentzat. energia-aplikazioak 【18-221. Esate baterako, 2,93 um-ko laser bidez ponpatutako 3,8-12,4 um-ko sintonizazio-tartea duen ZGP-OPO barrunbe lau-lau bat frogatu da. 6,6 um-ko argiaren pultsu bakarreko energia maximoa izan zen. 1,2 mJ 【201. 6,45 um-ko uhin-luzera espezifikorako, 5,67 mJ-ko pultsu bakarreko energia maximoa 100 Hz-ko errepikapen-maiztasunean lortu zen ZGP kristal batean oinarritutako eraztun ez-planoko OPO barrunbe bat erabiliz. Errepikapen batekin. 200Hz-ko maiztasuna, 0,95 W-ko batez besteko irteera-potentzia lortu zen 【221. Dakigunez, hau da 6,45 um-tan lortutako irteera-potentziarik handiena.Dauden ikerketek iradokitzen dute ehunen ablazio eraginkorra izateko batez besteko potentzia handiagoa beharrezkoa dela 【23】. Hori dela eta, 6,45 um-ko laser iturri praktiko baten garapena garrantzi handia izango litzateke medikuntza biologikoaren sustapenean.Gutun honetan, egoera solido osoko MIR 6,45 um-ko laser sinple eta trinko baten berri ematen dugu, batez besteko irteera-potentzia handia duena eta 2,09 um nanosegundo (ns)-pultsu baten bidez ponpatutako ZGP-OPO batean oinarritzen dena.

laserra. 6,45 um-ko laserraren batez besteko irteera-potentzia maximoa 1,53 W-koa da 42ns-ko pultsu-zabalera gutxi gorabehera 10 kHz-ko errepikapen-maiztasunean, eta izpi-kalitate bikaina du. ikertzen da. Lan honek erakusten du laserra benetako ehunen ablaziorako hurbilketa eraginkorra dela, laser bisturi gisa jokatzen baitu.Konfigurazio esperimentala zirriborratuta dago 1. irudian. ZGP-OPO etxez egindako LD-ren ponpaketa 2,09 um Ho:YAG laser batek ponpatzen du, 10 kHz-tan batez besteko 28 W-ko potentzia ematen duena. Gutxi gorabehera 102 ns-ko pultsuaren iraupena duena（ FWHM）eta 1,7 MI eta M2 gutxi gorabehera 1,7 MI eta M2 izpiaren kalitate-faktore bat 2,09 um-tan islada handia duten estaldura duten 45 ispilu dira. Ispilu hauek ponparen izpiaren norabidea kontrolatzen dute. Bi fokatze-lente (f1 = 100 mm). ,f2=100 mm) ZGP kristalean 3,5 mm inguruko habearen diametroa duen habearen kolimaziorako aplikatzen dira. Isolatzaile optiko bat (ISO) erabiltzen da ponpa-sorta 2,09 um-ko ponpa-iturburura itzultzeko. Uhin erdiko plaka bat （HWP）2,09 um-tan ponpa-argiaren polarizazioa kontrolatzeko erabiltzen da. M3 eta M4 OPO barrunbeko ispiluak dira, CaF2 laua duten substratu-material gisa erabiltzen da. Aurrealdeko ispilua M3 ispiluaren aurkako estalita dago (% 98) ponparentzat. izpi eta islapen handiko estaldura (% 98) 6,45 um-ko idler eta 3,09 um seinale-uhinetarako. Irteerako ispilua M4 oso islatzailea da (% 98) 2,09ra.um eta 3,09 um eta 6,45 um idler-aren transmisio partziala ahalbidetzen du.ZGP kristala 6-77,6 ° etap = 45 °-tan mozten da JⅡ motako fase bat etortzeko 【2090.0 （o）6450.0 （o）+3091.9 （e）】， hau da, uhin-gezi arin-gezi zehatzetarako egokiagoa da. lerro-zabalera I motako faseen parekatzearekin alderatuta. ZGP kristalaren dimentsioak 5 mm x 6 mm x 25 mm-koak dira, eta goiko hiru uhinetarako bi muturretan leundu eta islatzen aurkako estaldura dago. Indio paperean bilduta dago eta kobrezko bero-hozgailu batean finkatuta, ur hoztearekin (T=16)。Barrunbearen luzera 27 mm-koa da. OPOaren joan-etorriaren denbora 0,537 ns da ponpa-laserarentzat. ZGP kristalaren kalte-atalasa probatu dugu R-ek. -on-I metodoa 【17】.ZGP kristalaren kalte-atalasa 0,11 J/cm2-koa dela neurtu zen 10 kHz-tan. Esperimentuan, 1,4 MW/cm2-ko potentzia-dentsitate gailurrari dagokiona, baxua dela eta. estalduraren kalitate nahiko eskasa.Sortutako argiaren irteera-potentzia energia-neurgailu batek neurtzen du (D, OPHIR, 1 uW-tik 3 W-ra) eta seinale-argiaren uhin-luzera espektrometro batek (APE, 1,5-6,3 m) kontrolatzen du. 6,45 um-ko irteera-potentzia handia lortu, OPOaren parametroen diseinua optimizatzen dugu. Zenbakizko simulazioa egiten da hiru uhinen nahasketa-teorian eta hedapen paraxialaren kuazioak 【24,25】；simulazioan, Baldintza esperimentalei dagozkien parametroak erabili eta espazioan eta denboran profil gaussiarra duen sarrerako pultsu bat hartu. OPO irteerako ispiluaren arteko erlazioa.

transmisioa, ponpa-potentziaren intentsitatea eta irteera-eraginkortasuna optimizatzen dira barrunbean ponparen habe-dentsitatea manipulatuz irteera-potentzia handiagoa lortzeko, eta, aldi berean, ZGP kristala eta elementu optikoei kalteak saihestuz. Horrela, ponpa-potentziarik handiena 20 inguru izatera mugatzen da. W ZGP-OPO funtzionamendurako. Simulatutako emaitzek erakusten dute % 50eko transmisioa duen irteerako akoplagailu optimoa erabiltzen den bitartean, gailurreko potentzia-dentsitate maximoa 2,6 x 10 W/cm2 baino ez dela ZGP kristalean, eta irteerako batez besteko potentzia. 1,5 W baino gehiago lor daiteke. 2. irudian neurtutako irteeraren potentzia 6,45 um-an eta intzidente ponpa-potentziaren arteko erlazioa erakusten da.2. Irudian ikus daiteke tenpluaren irteerako potentzia monotonoki handitzen dela. ponpa-potentzia intzidentea. Ponparen atalasea 3,55 WA-ko batez besteko ponparen potentziari dagokio 1,53 W-ko gehienezko irteerako potentzia 18,7 W-ko ponpa-potentziarekin lortzen da, hau da, optiko-optiko bihurtze-eraginkortasunari dagokiona.f gutxi gorabehera %8,20ko eta bihurtze kuantikoko cfzientzia %25,31eko %. Epe luzerako segurtasunerako, laserra bere irteera-potentzia maximoaren %70tik gertu funtzionatzen du. Potentzia-egonkortasuna IW-ko irteerako potentzian neurtzen da, esaterako. 2. irudiko txertaketa （a）ikusten da. Neurtutako potentziaren fluktuazioa % 1,35 rms baino txikiagoa dela 2 ordutan, eta laserrak eraginkortasunez funtzionatu dezakeela 500 h baino gehiago guztira. Seinale-uhinaren uhin-luzera Idler-aren ordez neurtzen da gure esperimentuan erabilitako espektrometroaren （APE，1,5-6,3 um）uhin-luzera mugatuagatik. Neurtutako seinalearen uhin-luzera 3,09 um-tan zentratuta dago eta lerroaren zabalera 0,3 nm-koa da gutxi gorabehera, erakusten den moduan. 2. irudiko txertaketaren (b) txertatzean. Ondorioaren erdiko uhin-luzera 6,45 um-koa dela ondorioztatzen da. Idleraren pultsu-zabalera fotodetektagailu batek detektatzen du (Thorlabs, PDAVJ10) eta osziloskopio digital batek (Tcktronix, 2GHz) detektatzen du. ）。3 irudian osziloskopioaren uhin-forma tipiko bat erakusten da eta 42 ns inguruko pultsu-zabalera erakusten du. Pultsu-zabalera% 41,18 estuagoa da 6,45 um-ko idler-rako 2,09 um-ko ponpa-pultsuarekin alderatuta, maiztasun ez-linealaren bihurketa-prozesuaren denbora-irabazpena murrizteko efektuaren ondorioz. 6,45 um idler laser izpi batekin neurtzen da

analizatzailea （Spiricon,M2-200-PIII）1 W-ko irteerako potentzian, 4. irudian ikusten den moduan. M2 eta M，2 neurtutako balioak 1,32 eta 1,06 dira x ardatzean eta y ardatzean, hurrenez hurren, batez besteko M2=1,19-ko habe-kalitate-faktorea.4 irudiko insct-ak bi dimentsioko (2D) izpiaren intentsitate-profila erakusten du, eta gaussaren inguruko modu espaziala duena. 6,45 um-ko pultsuak ablazio eraginkorra ematen duela egiaztatzeko, txerri-garunaren laser bidezko ablazioan oinarritutako printzipio-froga-esperimentua egiten da. f=50 lente bat erabiltzen da 6,45 um-ko pultsu-izpia 0,75 mm inguruko gerriaren erradio batera enfokatzeko. laser izpiaren fokuan jartzen da. Ehun biologikoaren gainazaleko tenperatura （T）r kokapen erradialaren arabera termokamera batek (FLIR A615) modu sinkronoan neurtzen du ablazio-prozesuan zehar. Irradiazioaren iraupenak 1 dira. ,2,4,6,10，eta 20 s I W-ko laser potentzian. Irradiazioaren iraupen bakoitzeko, sei lagin-posizio blatatzen dira: r=0,0,62,0,7.03,1.91,3.05，eta 4,14 mm irradiazio-posizioaren erdiko puntuarekiko norabide erradialean zehar, 5. irudian ikusten den bezala. Karratuak neurtutako tenperatura-datuak dira. 5. irudian aurkitzen da gainazaleko tenperatura dela. ehunaren ablazio-posizioan irradiazioaren iraupena handitu ahala handitzen da. Erdiko puntuan T tenperatura altuenak r=0 132.39.160.32.196.34 dira.

205.57.206.95，eta 226.05C irradiazio iraupenetarako 1,2，4,6,10，eta 20 s-ko, hurrenez hurren. Alboko kalteak aztertzeko, ablazioaren ehunaren gainazaleko tenperatura-banaketa simulatzen da. Hau egiten da. ehun biologikoaren eroankortasun termikoaren teoria126】eta ehun biologikoan laser hedapenaren teoria 【27】txerri garunaren parametro optikoekin konbinatuta.
Simulazioa sarrera gaussiako izpi bat suposatuz egiten da. Esperimentuan erabilitako ehun biologikoa txerri garuneko ehun isolatua denez, odolaren eta metabolismoaren eragina tenperaturan ez da aintzat hartzen, eta txerri garuneko ehuna sinplifikatu egiten da. simulaziorako zilindro baten forma. Simulazioan erabilitako parametroak 1. taulan laburbiltzen dira. 5. irudian erakusten diren kurba solidoak ehunen gainazaleko ablazio-zentroarekiko tenperatura-banaketa simulatuak dira, sei irradiazio desberdinetarako. iraupenak. Gauss-eko tenperatura-profila erakusten dute erdialdetik periferiaraino.5. Irudian agerikoa da datu esperimentalak ondo datozela simulatutako emaitzekin.5. Irudian ere ikusten da simulatutako tenperaturaren erdigunean. ablazio-posizioa handitu egiten da irradiazio-iraupena handitu ahala irradiazio bakoitzeko.Aurreko ikerketek erakutsi dute ehuneko zelulak guztiz seguru daudela azpiko tenperaturetan.55C, horrek esan nahi du zelulak aktibo jarraitzen dutela kurben gune berdeetan （T<55C）Irudian.60C）。5 irudian ikus daiteke ablazio erradio simulatuak T=60°Care0.774,0.873,0.993,1.071,1.198 eta 1.364 mm, hurrenez hurren, 1,2,4,6 irradiazio iraupenetarako. 10, eta 20ko hamarkadan, T=55C-tan ablazio erradio simulatuak 0,805,0,908,1,037,1,134,1,271 eta 1,456 mm, hurrenez hurren, hurrenez hurren. 2.394,3.098,3.604,4.509，eta 5.845 mm2 1,2,4,6,10，eta 20s irradiaziorako, hurrenez hurren. Alboko kalte-eremua 0.003,0.0040.0040.006,0.0173,0.017,0.004,4.509. eta 0,027 mm2.Ikus daiteke laser-ablazio-eremuak eta albo-kalte-eremuak irradiazioaren iraupenarekin batera handitzen direla.Albo-kalte-erlazioa definitzen dugu 55C s T60C-ko kalte alboko eremuaren erlazioa dela. % 8,17, % 8,18, % 9,06, % 12,11, % 12,56, eta % 13,94 irradiazio-denbora desberdinetarako, eta horrek esan nahi du ablazio-ehunen kalte albo txikia dela. Horregatik, esperimentu integrala.l datuek eta simulazio emaitzek erakusten dute 6,45 um ZGP-OPO laser trinko honek, potentzia handiko, egoera solido oso honek ehun biologikoen ablazio eraginkorra ematen duela. MIR pultsatuko 6,45 um laser iturria ns ZGP-OPO ikuspegian oinarrituta. 1,53 W-ko batez besteko potentzia maximoa lortu da 3,65 kW-ko potentzia gailurrarekin eta M2=1,19-ko batez besteko izpiaren kalitate-faktorearekin. 6,45 um MIR erradiazio hori erabiliz,a Ehunaren laser bidezko ablazioari buruzko printzipioaren froga-esperimentua egin zen. Ablazioaren ehunaren gainazaleko tenperatura-banaketa esperimentalki neurtu zen eta teorikoki simulatu zen. Neurtutako datuak ondo bat datoz simulatutako emaitzekin. Gainera, albo-kalteak teorikoki aztertu ziren. lehen aldiz. Emaitza hauek egiaztatzen dute gure mahai gaineko MIR pultsu-laser 6,45 um-an ehun biologikoen ablazio eraginkorra eskaintzen duela eta zientzia mediko eta biologikoan tresna praktikoa izateko potentzial handia duela, FEL handi bat ordezkatu baitezake.laser bisturi bat.