Iwapọ ati logan gbogbo-ipinle aarin-infurarẹẹdi (MIR) lesa ni 6.45 um pẹlu agbara iwọn apapọ giga ati didara ina ina Gaussian ti wa ni afihan. kHz ti waye ni lilo ZnGeP2 (ZGP) oscillator opitika parametric (OPO) .Eyi ni agbara apapọ ti o ga julọ ni 6.45 um ti eyikeyi laser-ipinle to lagbara si ti o dara julọ ti imọ wa.Idiwọn didara ina ina ni iwọn lati jẹ M2=1.19.
Jubẹlọ, ga o wu iduroṣinṣin iduroṣinṣin ti wa ni timo, pẹlu kan agbara fluctuation ti kere ju 1.35% rms lori 2 h, ati awọn lesa le ṣiṣẹ daradara fun diẹ ẹ sii ju 500 h ni lapapọ.Lilo yi 6.45 um pulse bi a Ìtọjú orisun, ablation ti eranko A ti ṣe idanwo àsopọ ọpọlọ.Pẹlupẹlu, ipa ibajẹ legbekegbe ni a ṣe itupalẹ imọ-jinlẹ fun igba akọkọ, si ti o dara julọ ti imọ wa, ati awọn abajade fihan pe laser MIR yii ni agbara ablation ti o dara julọ, ti o jẹ ki o jẹ iyipada ti o pọju fun awọn laser elekitironi ọfẹ.©2022 Optica Publishing Group

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

Aarin-infurarẹẹdi (MIR) 6.45 um laser Ìtọjú ni awọn ohun elo ti o pọju ni awọn aaye oogun to gaju nitori awọn anfani rẹ ti oṣuwọn ablation ti o pọju ati ibajẹ alagbero pọọku [1]. Awọn lasers Raman, ati awọn laser ipinlẹ ti o lagbara ti o da lori paramet-ric oscillator opitika (OPO) tabi iran igbohunsafẹfẹ iyatọ (DFG) ni a lo nigbagbogbo awọn orisun laser 6.45 um. Sibẹsibẹ, idiyele giga, iwọn nla, ati eto eka ti FELs ni ihamọ wọn Ohun elo.Strontium vapor lasers ati gas Raman lasers le gba awọn ẹgbẹ ibi-afẹde, ṣugbọn awọn mejeeji ni iduroṣinṣin ti ko dara, kukuru kukuru.
Igbakeji aye, ati ki o nilo eka itọju.Iwadi fihan wipe 6.45 um ri to-ipinle lesa gbe awọn kan kere gbona dam-ori ibiti o ni ti ibi tissues ati pe wọn ablation ijinle ni jinle ju awon ti a FEL labẹ awọn ipo kanna, eyi ti o jẹri pe wọn le ṣee lo bi yiyan ti o munadoko si awọn FELs fun ablation ti ara ti ara [2]. Ni afikun, awọn ina lesa ti ipinle ni awọn anfani ti eto iwapọ, iduroṣinṣin to dara, ati

Iṣiṣẹ tabili tabili, ṣiṣe wọn awọn irinṣẹ ileri fun gbigba orisun ina a6.45μn.Gẹgẹbi a ti mọ daradara, awọn kirisita infurarẹẹdi ti kii ṣe alaiṣe ṣe ipa pataki-tant ninu ilana iyipada igbohunsafẹfẹ ti a lo lati ṣe aṣeyọri awọn lasers MIR ti o ga julọ.Ti a fiwera si oxide infrared crys-tals pẹlu 4 um ge-pa eti, awọn kirisita ti kii-oxide dara daradara. ti o baamu si ti o npese awọn lasers MIR. Awọn kirisita wọnyi pẹlu ọpọlọpọ awọn chalcogenides, gẹgẹbi AgGaS2 (AGS) 【3,41, LiInS2 (LIS) 】】 ati BaGaSe (BGse)【10-12】، bi daradara bi awọn irawọ owurọ CdSiP2（CSP）【13-16】ati ZnGeP2 (ZGP）【17】；awọn igbehin meji mejeji ni o ni reonline-daradara. apere,MIR Ìtọjú le ti wa ni gba nipa lilo CSP-OPOs.Sibẹsibẹ, julọ CSP-OPOs ṣiṣẹ lori ohun ultrashort (pico-ati femtosecond) akoko asekale ati ti wa ni synchronously fifa soke nipa to 1 um mode-pa lasers. Laanu, awọn synchronously fifa soke OPO（ Awọn ọna ṣiṣe SPOPO ni iṣeto eka kan ati pe o jẹ idiyele. Awọn agbara apapọ wọn tun kere ju 100 mW ni ayika 6.45 um [13-16]shold (60 MW / cm2) , agbara conductiv-gbigbona ti o ga julọ (0.36 W / cm K) ati olusọdipúpọ alaiṣe afiwera (75pm/V) .Nitorinaa, ZGP jẹ okuta momọ opitika MIR ti kii ṣe deede fun agbara giga tabi giga- awọn ohun elo agbara 【18-221.Fun apẹẹrẹ, iho alapin-alapin ZGP-OPO ti o ni iwọn ilawọn ti 3.8-12.4 um ti a fa nipasẹ laser 2.93 um ni a ṣe afihan. 1.2 mJ 【201.Fun kan pato wefulenti ti 6.45 um, a maxi-mum nikan-pulse agbara ti 5.67 mJ ni a atunwi igbohunsafẹfẹ ti 100 Hz ti waye nipa lilo a ti kii-planar oruka OPO iho da lori a ZGP crystal.Pẹlu a atunwi. igbohunsafẹfẹ ti 200Hz, aropin agbara agbara ti 0.95 W ti de 【221.Bi a ti mọ, eyi ni agbara iṣelọpọ ti o ga julọ ti o waye ni 6.45 um.Awọn ijinlẹ ti o wa tẹlẹ daba pe agbara apapọ ti o ga julọ jẹ pataki fun ifasilẹ tissu ti o munadoko 【23】.Nitorina, idagbasoke ti agbara giga-giga ti o wulo 6.45 um laser orisun yoo jẹ pataki pupọ ni igbega oogun ti ibi.Ninu Lẹta yii, a ṣe ijabọ rọrun kan, iwapọ gbogbo-solid-state MIR 6.45 um laser ti o ni agbara iṣelọpọ apapọ giga ati ti o da lori ZGP-OPO ti fa nipasẹ nanosecond (ns) -pulse 2.09 um

laser.The o pọju apapọ o wu agbara ti awọn 6.45 um lesa jẹ soke si 1.53 W pẹlu kan pulse iwọn ti to 42ns ni a atunwi igbohunsafẹfẹ ti 10 kHz, ati awọn ti o ni o ni o tayọ tan ina didara.The ablating ipa ti awọn 6.45 um lesa lori eranko àsopọ. ti ṣe iwadii.Iṣẹ yii fihan pe ina lesa jẹ ọna ti o munadoko fun ablation tissuc gangan, bi o ṣe n ṣe bi scalpel laser.Iṣeto idanwo ti wa ni apẹrẹ ni Fig.1.ZGP-OPO ti wa ni fifa nipasẹ ile-iṣẹ LD-pumped 2.09 um Ho: YAG laser ti o gba 28 W ti apapọ agbara ni 10 kHz.pẹlu akoko pulse ti o to 102 ns ( FWHM) ati iwọn ilawọn ti o ni iwọn didara M2 ti isunmọ 1.7.MI ati M2 jẹ awọn digi 45 meji ti o ni awọ ti o ni afihan ti o ga julọ ni 2.09 um. Awọn digi wọnyi jẹ ki iṣakoso itọsọna ti fifa fifa soke. Awọn lẹnsi idojukọ meji (f1 = 100mm) ,f2=100 mm) ti wa ni loo fun inaro collimation pẹlu kan tan ina opin ti nipa 3.5 mm ni ZGP crystal.An opitika isolator (ISO) ti wa ni lo lati se awọn fifa tan ina pada si awọn 2.09 um fifa orisun.A idaji-igbi awo awo. (HWP) ni 2.09 um ti wa ni lo lati šakoso awọn polarization ti awọn fifa ina.M3 ati M4 ni o wa OPO iho digi, pẹlu alapin CaF2 lo bi awọn sobusitireti ohun elo.The iwaju digi M3 jẹ egboogi-reflection ti a bo (98%) fun fifa soke. tan ina ati giga ti a bo (98%) fun 6.45 um idler ati 3.09 um ifihan agbara igbi.M4 digi ti o jade jẹ afihan pupọ (98%) ni 2.09um ati 3,09 um ati ki o gba apa kan gbigbe ti 6,45 um idler.Kristali ZGP ti ge ni 6-77.6 ° andp = 45 ° fun iru-JⅡ ipele ibamu 【2090.0 (o) linewidth akawe pẹlu iru-I alakoso matching.The mefa ti awọn ZGP gara ni 5mm x 6 mm x 25 mm, ati awọn ti o ti wa ni didan ati egboogi-reflection ti a bo lori mejeji opin facets fun awọn loke mẹta igbi.O ti wa ni ti a we ni indium bankanje ati ti o wa titi ninu iyẹfun ooru Ejò pẹlu itutu omi (T = 16) .Iwọn ipari iho jẹ 27 mm. Akoko irin-ajo ti OPO jẹ 0.537 ns fun laser fifa.A ṣe idanwo ibi-ibajẹ ti okuta ZGP nipasẹ R -on-I ọna 【17】.Iwọn ibaje ti kristali ZGP jẹ 0.11 J / cm2 ni 10 kHz. ninu idanwo naa, ni ibamu si iwuwo agbara tente oke ti 1.4 MW / cm2, eyiti o jẹ kekere nitori jo ko dara bo didara.Agbara iṣẹjade ti ina alaiṣẹ ti ipilẹṣẹ jẹ iwọn nipasẹ mita agbara (D, OPHIR, 1 uW si 3 W) ati iwọn gigun ti ina ifihan jẹ abojuto nipasẹ spectrometer (APE, 1.5-6.3 m) Lati le gba agbara ti o ga julọ ti 6.45 um, a mu ki apẹrẹ ti awọn paramita ti OPO jẹ ki o da lori ilana idapọ-igbi mẹta ati paraxial sojuiwọn 【24,25】； ninu kikopa, a gba awọn paramita ti o baamu si awọn ipo idanwo ati gbe pulse titẹ sii pẹlu profaili Gaussian ni aaye ati akoko. Ibasepo laarin digi o wu OPO

gbigbe, kikankikan fifa fifa, ati ṣiṣe iṣelọpọ ti wa ni iṣapeye nipasẹ ifọwọyi iwuwo tan ina fifa ni iho lati ṣaṣeyọri agbara iṣelọpọ ti o ga lakoko nigbakanna yago fun ibajẹ si okuta ZGP ati awọn eroja opiti.Bayi, agbara fifa ti o ga julọ ni opin lati jẹ nipa 20 W fun iṣẹ ZGP-OPO. Awọn abajade ti a ṣe afiṣe fihan pe whilc olupilẹṣẹ iṣelọpọ ti o dara julọ pẹlu gbigbe 50% ti wa ni lilo, iwuwo agbara ti o pọju jẹ 2.6 x 10 W/cm2 nikan ni ZGP kigbe-tal, ati agbara iṣelọpọ apapọ kan ti diẹ ẹ sii ju 1.5 W ni a le gba.Figure 2 fihan ibasepọ laarin iwọn agbara ti o wuwọn ti idler ni 6.45 um ati agbara fifa isẹlẹ naa. isẹlẹ fifa agbara.Iwọn fifa ni ibamu si apapọ agbara fifa soke ti 3.55WA ti o pọju agbara ti o pọju ti 1.53 W ti waye ni agbara fifa soke ti isunmọ 18.7 W, eyi ti o ni ibamu si iṣẹ-ṣiṣe iyipada opitika-si-opitika of isunmọ 8.20%% ati iwọn iyipada kuatomu ti 25.31% Fun aabo igba pipẹ, lesa naa ṣiṣẹ ni isunmọ si 70% ti agbara ti o pọ julọ. ti o han ni inset (a) ni Fig.2. O ti ri pe iyipada agbara ti a ṣewọn jẹ kere ju 1.35% rms ni 2 h, ati pe laser le ṣiṣẹ daradara fun diẹ ẹ sii ju 500 h ni apapọ. Iwọn gigun ti igbi ifihan agbara jẹ wiwọn dipo ti alaiṣẹ nitori iwọn iwọn gigun ti spectrometer (APE, 1.5-6.3 um) ti a lo ninu idanwo wa. Iwọn igbi ifihan agbara ti dojukọ ni 3.09 um ati iwọn ila naa jẹ isunmọ 0.3 nm, bi a ṣe han ni inset (b) ti Fig.2.The aringbungbun wefulenti ti awọn idler ti wa ni ki o si deduced lati wa ni 6.45um.The pulse iwọn ti awọn idler ti wa ni ri nipa a photodetector (Thorlabs,PDAVJ10) ati ki o gba silẹ nipasẹ kan oni oscilloscope (Tcktronix，2GHz) .A aṣoju oscilloscope igbi fọọmu han ni Fig.3 ati ki o han a polusi iwọn ti isunmọ 42 ns. The pulse iwọnjẹ 41.18% dín fun 6.45 um idler ni akawe si 2.09 um pump pulse nitori ipa ti o dinku ti akoko ti ilana iyipada igbohunsafẹfẹ ti kii ṣe deede.Bi abajade, agbara ti o ni ibamu pẹlu pulse pulse tente jẹ 3.56kW. Iwọn didara ina ina ti awọn ohun elo. 6.45 um idler jẹ iwọn pẹlu ina ina lesa

analyzer (Spiricon, M2-200-PIII) ni 1 W ti o wu agbara, bi o han ni Fig.4.The won iye ti M2 ati M, 2 ni o wa 1.32 ati 1.06 pẹlú awọn x axis ati awọn y axis, lẹsẹsẹ, ni ibamu si Iwọn didara iwọn ilawọn ti M2 = 1.19. Awọn insct ti Fig.4 fihan iwọn-meji (2D) profaili kikankikan, eyi ti o ni ipo aaye-isunmọ Gaussian.Lati rii daju pe 6.45 um pulse pese abla-tion ti o munadoko, idanwo-ẹri ti ilana kan ti o kan ablation laser ti ọpọlọ porcine ni a ṣe.An f = 50 lẹnsi ti wa ni iṣẹ lati ṣe idojukọ 6.45 um pulse beam si radius ẹgbẹ-ikun ti o to 0.75 mm. Ipo ti o yẹ ki o yọ lori àsopọ ọpọlọ porcine. ti wa ni gbe ni idojukọ ti ina lesa.Iwọn otutu (T) ti awọn ohun elo ti ibi-ara bi iṣẹ ti ipo radial r ti wa ni wiwọn nipasẹ thermocamera (FLIR A615) synchronously nigba ilana ablation. Awọn akoko irradiation jẹ 1 ,2,4,6,10, ati 20 s ni a lesa agbara ti I W.Fun kọọkan irradiation iye akoko, mefa ayẹwo awọn ipo ti wa ni blated: r=0,0.62,0.703,1.91,3.05 ni ipo ablation ti o wa lori iṣan ti o pọ si pẹlu iye akoko irradiation ti o pọ sii.Awọn akoko-akoko ti o ga julọ T ni aaye aarin r = 0 jẹ 132.39,160.32,196.34,

205.57,206.95, ati 226.05C fun awọn akoko irradiation ti 1,2,4,6,10, ati 20 s, lẹsẹsẹ.Lati ṣe itupalẹ awọn ibajẹ ti o lewu, pinpin iwọn otutu ti o wa ni oju-ara ti a fi silẹ ti wa ni simulated.Eyi ni a ṣe ni ibamu si Ilana itọsi igbona fun tissues ti ibi126】 ati imọ-ẹrọ ti itankale lesa ni àsopọ ti ibi 【27】 ni idapo pẹlu awọn paramita opiti ti ọpọlọ porcine 1281.
Awọn kikopa wa ni ošišẹ ti pẹlu awọn arosinu ti ẹya input Gaussian beam.Niwon awọn ti ibi àsopọ ti a lo ninu awọn exper-iment ti wa ni sọtọ porcine ọpọlọ àsopọ, awọn ipa ti ẹjẹ ati ti iṣelọpọ agbara lori awọn iwọn otutu ti wa ni bikita, ati awọn porcine ọpọlọ àsopọ ti wa ni yepere sinu awọn apẹrẹ ti silinda fun simula-tion.Awọn paramita ti a lo ninu simulation ti wa ni akopọ ni Table 1. Awọn irọpa ti o lagbara ti o han ni Fig.5 jẹ awọn pinpin iwọn otutu radial ti a ṣe apejuwe pẹlu ifarabalẹ si ile-iṣẹ ablation ti o wa lori aaye ti ara fun awọn oriṣiriṣi oriṣiriṣi mẹfa ti irradiation. durations.Wọn ṣe afihan profaili otutu ti Gaussian lati aarin si agbeegbe. O han gbangba lati Fig.5 pe data esiperimenta agrce daradara pẹlu awọn esi ti a ṣe. ipo ablation pọ si bi iye akoko irradia-tion n pọ si fun itanna kọọkan.Iwadi iṣaaju ti fihan pe awọn sẹẹli ti o wa ninu ẹran ara wa ni ailewu daradara ni awọn akoko-peratures ni isalẹ.55C, eyi ti o tumọ si pe awọn sẹẹli wa lọwọ ni awọn agbegbe alawọ ewe (T <55C) ti awọn iṣipopada ni Fig.5. Agbegbe ofeefee ti iha kọọkan (55C)60C.) 10, ati 20s, lakoko ti awọn rediosi ablation ti a ṣe afiwe atT = 55C jẹ 0.805,0.908,1.037,1.134,1.271, ati 1.456 mm, lẹsẹsẹ.Lori pipo gbeyewo ipa ablation, arca pẹlu awọn sẹẹli ti o ku ni a rii lati jẹ, 1.882. 2.394.3.098,3.604,4.509 ati 0.027 mm2. O le rii pe awọn agbegbe ifasilẹ laser ati awọn agbegbe ipalara ti o ni ipalara pọ si pẹlu iye akoko irradiation. lati jẹ 8.17%, 8.18%, 9.06%, 12.11%, 12.56%, ati 13.94% fun awọn akoko irradiation ti o yatọ, eyi ti o tumọ si pe ipalara ti o lewu ti awọn tissu ablated jẹ kekere.Nitorina, adanwo okeerẹl data ati awọn abajade kikopa fihan pe iwapọ yii, agbara giga, gbogbo-ipinle 6.45 um ZGP-OPO laser n pese ablation ti o munadoko ti awọn tissues ti ibi. MIR pulsed 6.45 um laser orisun ti o da lori ọna ti ns ZGP-OPO. Agbara apapọ ti o pọju ti 1.53 W ni a gba pẹlu agbara ti o ga julọ ti 3.65kW ati iwọn didara didara ina ti M2 = 1.19. Lilo 6.45 um MIR radiation, a idanwo-ẹri-ti-ilana lori ablation laser ti tissue ni a ṣe.Ipinpin iwọn otutu lori oju tissu ablated ni a ṣe iwọn idanwo ati imọ-jinlẹ simu-lated.Awọn data wiwọn gba daradara pẹlu awọn abajade ti a ṣe adaṣe.Pẹlupẹlu, ibajẹ legbekegbe ni a ṣe itupalẹ imọ-jinlẹ. fun igba akọkọ.Awọn abajade wọnyi rii daju pe tabili wa MIR pulse laser ni 6.45 um nfun ablation ti o munadoko ti awọn tissuc ti ibi ati pe o ni agbara nla lati jẹ ohun elo ti o wulo ni imọ-ẹrọ iṣoogun ati imọ-jinlẹ, bi o ṣe le rọpo FEL nla kan bia lesa scalpel.