6.45 um-ийн өндөр дундаж гаралтын чадалтай, бараг Гауссын цацрагийн чанар бүхий авсаархан, бат бөх бүхэл бүтэн хатуу төлөвт дунд хэт улаан туяаны (MIR) лазерыг үзүүлэв. Хамгийн их гаралтын чадал 1.53 Вт, импульсийн өргөн нь 10-д ойролцоогоор 42 нс. кГц-ийг ZnGeP2（ZGP）оптик параметрийн осциллятор（OPO） ашиглан олж авдаг。Энэ нь бидний мэдэж байгаагаар бүх хатуу төлөвт лазерын 6.45 um-ийн хамгийн өндөр дундаж чадал юм.Цацрагийн чанарын дундаж коэффициентийг M2=1.19 гэж хэмжинэ.
Түүнчлэн, 2 цагийн турш 1.35% rms-ээс бага чадлын хэлбэлзэлтэй, өндөр гаралтын чадлын тогтвортой байдал нь батлагдсан бөгөөд лазер нь нийт 500 гаруй цаг үр дүнтэй ажиллах боломжтой. Энэхүү 6.45 um импульсийг цацрагийн эх үүсвэр болгон ашиглах нь амьтныг устгадаг. тархины эд эсийг шалгасан. Цаашилбал, бидний мэдэж байгаагаар барьцааны гэмтлийн нөлөөг онолын хувьд анх удаа шинжилсэн бөгөөд үр дүнгээс харахад энэхүү MIR лазер нь маш сайн салгах чадвартай бөгөөд үүнийг чөлөөт электрон лазерыг орлуулах боломжтой болгож байна.©2022 Optica Publishing Group

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

Дунд хэт улаан туяаны (MIR) 6.45 um лазерын цацраг нь их хэмжээний абляцийн хурд, хамгийн бага барьцаа гэмтлийн давуу талтай тул өндөр нарийвчлалтай анагаах ухааны салбарт ашиглах боломжтой. Оптик параметрийн осциллятор (OPO) эсвэл ялгаа давтамж үүсгэх (DFG) дээр суурилсан Раман лазер, хатуу төлөвт лазерууд нь 6.45 um лазерын эх үүсвэрт түгээмэл хэрэглэгддэг. Гэсэн хэдий ч FEL-ийн өндөр өртөгтэй, том хэмжээтэй, нарийн төвөгтэй бүтэц нь тэдний ажиллах боломжийг хязгаарладаг. хэрэглээ.Стронцийн уурын лазер болон хийн Раман лазерууд зорилтот зурвасыг олж авах боломжтой боловч хоёулаа тогтвортой байдал муутай, богино сер-
Судалгаанаас харахад 6.45 um хатуу төлөвт лазерууд нь биологийн эдэд дулааны эвдрэлийн насжилт багатай байдаг ба ижил нөхцлийн дор тэдгээрийн аблацийн гүн нь FEL-ээс илүү гүн байдаг нь тэдгээр нь Биологийн эдийг арилгахад FEL-ийн үр дүнтэй хувилбар болгон ашиглах 【2】. Үүнээс гадна хатуу төлөвт лазерууд нь нягт бүтэцтэй, тогтвортой байдал сайтай, мөн давуу талтай.

ширээн дээр ажиллах нь тэднийг a6.45μn гэрлийн эх үүсвэрийг олж авах ирээдүйтэй хэрэгсэл болгож байна.Мэдэгдэж байгаагаар шугаман бус хэт улаан туяаны талстууд нь өндөр хүчин чадалтай MIR лазерыг бий болгоход ашигладаг давтамж хувиргах процесст чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. 4 um-ийн захын ирмэг бүхий оксидын хэт улаан туяаны талстуудтай харьцуулахад исэлгүй талстууд сайн байдаг. MIR лазер үүсгэхэд тохиромжтой. Эдгээр талстууд нь AgGaS2 （AGS）【3,41，LiInS2（LIS）【5,61， LilnSe2（LISe＀a＀SBa＀8G, гэх мэт халькогенидын ихэнхийг агуулдаг. 】，баGaSe（BGSe）【10-12】, мөн фосфорын нэгдлүүд CdSiP2（CSP）【13-16】болон ZnGeP2(ZGP）【17】хоёулын хувьд хоёуланд нь 17】харилцан хамааралгүй байна. Жишээ нь, MIR цацрагийг CSP-OPO ашиглан олж авч болно. Гэсэн хэдий ч ихэнх CSP-OPO нь хэт богино (пико-болон фемтосекунд) цагийн хуваарь дээр ажилладаг бөгөөд ойролцоогоор 1 um горимд түгжигдсэн лазераар синхроноор шахагддаг. Харамсалтай нь эдгээр нь синхроноор шахагддаг OPO（ SPOPO）системүүд нь нарийн төвөгтэй суурилуулалттай бөгөөд өртөг өндөртэй байдаг.Тэдний дундаж хүчин чадал нь 6.45 um【13-16】 ба 100 мВт-аас бага байдаг. CSP болортой харьцуулахад ZGP нь лазерын гэмтэл өндөртэй байдаг.（60 МВт/см2）） илүү өндөр дулаан дамжилтын чадвар（0,36 Вт/см K））， ба харьцуулж болох шугаман бус коэффициент（75pm/V）。Тиймээс ZGP нь өндөр хүчин чадалтай эсвэл өндөр хүчин чадалтай MIR шугаман бус оптик болор юм. эрчим хүчний хэрэглээ 【18-221. Жишээлбэл, 2.93 um лазераар шахдаг 3.8-12.4 um-ийн тааруулах хүрээ бүхий хавтгай хавтгай хөндий ZGP-OPO-г үзүүлэв. Сул зогсолтын гэрлийн хамгийн их нэг импульсийн энерги нь 6.6 um байсан. 1.2 мЖ 【201. 6.45 um хувийн долгионы уртын хувьд ZGP талст дээр суурилсан хавтгай бус цагираг OPO хөндийг ашиглан 100 Гц давталтын давтамжтай 5.67 мЖ-ийн хамгийн их нэг импульсийн энергийг олж авсан. Давталттай. 200 Гц давтамж, дундаж гаралтын чадал 0.95 Вт хүрсэн 【221. Бидний мэдэж байгаагаар энэ нь 6.45 um-д хүрсэн хамгийн өндөр гаралтын чадал юм.Одоо байгаа судалгаанаас үзэхэд эдийг үр дүнтэй арилгахад илүү өндөр дундаж хүч шаардлагатай байна 【23】. Иймд практик өндөр хүчин чадалтай 6.45 um лазерын эх үүсвэрийг хөгжүүлэх нь биологийн анагаах ухааныг сурталчлахад чухал ач холбогдолтой байх болно.Энэхүү захидалд бид энгийн, авсаархан бүх хатуу төлөвт MIR 6.45 um лазерын дундаж гаралтын өндөр хүчин чадалтай, нано секундын (ns) импульсийн 2.09 um-аар шахдаг ZGP-OPO дээр суурилдаг.

laser. 6.45 um лазерын хамгийн их дундаж гаралтын чадал нь 10 кГц давтамжтайгаар импульсийн өргөн нь 1.53 Вт хүртэл бөгөөд 10 кГц давтамжтайгаар 42 нс-ийн өргөнтэй бөгөөд маш сайн цацрагийн чанар юм. 6.45 um лазерын амьтны эдийг арилгах нөлөө судалж байна. Энэ ажил нь лазер нь лазер хуйхын үүрэг гүйцэтгэдэг тул эдийг бодитоор арилгах үр дүнтэй арга болохыг харуулж байна.Туршилтын тохиргоог Зураг 1-д дүрсэлсэн болно. ZGP-OPO-г гэртээ хийсэн LD шахуургатай 2.09 um Ho:YAG лазераар шахдаг бөгөөд энэ нь 10 кГц давтамжтайгаар 28 Вт дундаж хүчийг өгдөг. Импульсийн үргэлжлэх хугацаа нь ойролцоогоор 102 ns（ FWHM）болон цацрагийн чанарын дундаж хүчин зүйл M2 нь ойролцоогоор 1.7.MI ба M2 нь 2.09 um-ийн өндөр тусгалтай бүрээстэй 45 толь юм. Эдгээр толь нь насосны цацрагийн чиглэлийг хянах боломжийг олгодог. Хоёр фокустай линз (f1 =100мм) ,f2=100 мм-ийг ZGP талст дахь 3.5 мм-ийн диаметртэй цацрагийн голчлолд хэрэглэнэ. Насосны цацрагийг 2.09 um насосны эх үүсвэр рүү буцаахаас сэргийлэхийн тулд оптик тусгаарлагчийг (ISO) ашигладаг. Хагас долгионы хавтан （HWP）2.09 um-д насосны гэрлийн туйлшралыг хянахад ашигладаг. M3 ба M4 нь OPO хөндийн толь бөгөөд субстратын материал болгон ашигладаг хавтгай CaF2. Урд толин тусгал M3 нь тусгалын эсрэг бүрээстэй (98%). 6.45 um сул зогсолт ба 3.09 um дохионы долгионд зориулсан цацраг болон өндөр тусгалтай бүрээстэй (98%).um ба 3.09 um бөгөөд 6.45 um сул зогсолтын хэсэгчилсэн дамжуулалтыг зөвшөөрдөг.ZGP болорыг JⅡ төрлийн фазын тохирох 【2090.0 （o）6450.0 （o）+3091.9 （e）】 төрлийн хувьд 6-77.6° ба p=45°-д зүссэн бөгөөд энэ нь гэрлийн долгионы урттай, тодорхой параметрийн долгионы уртад илүү тохиромжтой. I төрлийн фазын тааруулахтай харьцуулахад шугамын өргөн. ZGP болорын хэмжээ нь 5мм х 6 мм х 25 мм бөгөөд дээрх гурван долгионы хоёр тал дээр өнгөлж, тусгалын эсрэг бүрсэн байна. Индиум тугалган цаас болон ороосон байна. Усан хөргөлттэй зэс халаагуурт бэхэлсэн（T=16）。Хөндий урт нь 27 мм. OPO-ийн эргэлтийн хугацаа нь насосны лазерын хувьд 0.537 нс байна. Бид ZGP болорын эвдрэлийн босгыг R-ээр шалгасан. -on-I арга 【17】. ZGP болорын эвдрэлийн босгыг 10 кГц-т 0.11 Ж/см2 гэж хэмжсэн. Туршилтанд 1.4 МВт/см2-ийн эрчим хүчний оргил нягттай тохирч байгаа бөгөөд энэ нь бага байна. бүрэх чанар харьцангуй муу.Үүсгэсэн сул зогсолтын гэрлийн гаралтын хүчийг энерги хэмжигчээр (D,OPHIR，1 uW-ээс 3 Вт) хэмжиж, дохионы гэрлийн долгионы уртыг спектрометрээр (APE，1.5-6.3 м) хянадаг. 6.45 um-ийн өндөр гаралтын хүчийг олж авснаар бид OPO-ийн параметрүүдийн дизайныг оновчтой болгодог. Тоон симуляцийг гурван долгионы холих онол ба параксиаль тархалтын 【24,25】；загварчлалд үндэслэн гүйцэтгэнэ. Туршилтын нөхцөлд тохирох параметрүүдийг ашиглаж, орон зай, цаг хугацааны хувьд Гауссын профайл бүхий оролтын импульсийг авна. OPO гаралтын толин тусгал хоорондын хамаарал

дамжуулах чадвар, насосны эрчим хүч, гаралтын үр ашгийг хөндий дэх насосны цацрагийн нягтыг өөрчилснөөр илүү өндөр гаралтын чадалд хүрэхийн зэрэгцээ ZGP болор болон оптик элементүүдийг гэмтээхээс зайлсхийж оновчтой болгодог. Тиймээс насосны хамгийн дээд хүчийг 20 орчим гэж хязгаарладаг. ZGP-OPO үйлдлийн W. Загварчилсан үр дүнгээс харахад 50%-ийн дамжуулалттай оновчтой гаралтын холбогчийг ашиглаж байгаа бол эрчим хүчний дээд нягтрал нь ZGP кристалл дахь ердөө 2.6 x 10 Вт/см2 бөгөөд дундаж гаралтын чадал байна. 1.5 Вт-аас дээш хүчийг авч болно.Зураг 2-т 6.45 um-ийн сул зогсолтын хэмжсэн гаралтын чадал ба ослын насосны чадлын хоорондын хамаарлыг үзүүлэв. Зураг 2-оос харахад сул зогсолтын гаралтын чадал нэг хэвийн өсөлттэй байна. ослын насосны хүч. Насосны босго нь насосны дундаж чадал 3.55ВА-тай тохирч байна. Сул зогсолтын хамгийн их гаралтын чадал нь ойролцоогоор 18.7 Вт насосны хүчин чадалтай үед 1.53 Вт хүрдэг бөгөөд энэ нь оптик-оптик хувиргах үр ашигтай тохирч байна.f ойролцоогоор 8.20% ба квант хувиргах чадвар нь 25.31%. Урт хугацааны аюулгүй байдлын үүднээс лазерыг хамгийн их гаралтын чадлынхаа 70% орчимд ажиллуулдаг. Эрчим хүчний тогтвортой байдлыг IW гаралтын хүчээр хэмждэг. 2 цагийн дотор хэмжсэн чадлын хэлбэлзэл нь 1.35% rms-ээс бага байх ба лазер нь нийт 500 цагаас илүү хугацаанд үр ашигтай ажиллах боломжтой болох нь тогтоогдсон. Дохионы долгионы долгионы урт Манай туршилтанд ашигласан спектрометрийн долгионы уртын хязгаарлагдмал муж (APE，1.5-6.3 um) учир сул зогсолтын оронд хэмждэг. Хэмжсэн дохионы долгионы урт нь 3.09 um-д төвлөрсөн ба шугамын өргөн нь ойролцоогоор 0.3 нм байна. Зураг 2-ын доторх （b）. Сул зогсолтын төвийн долгионы уртыг 6.45 um гэж тооцно. Сул зогсолтын импульсийн өргөнийг фотодетектор (Thorlabs, PDAVJ10) илрүүлж, дижитал осциллограф (Tcktronix) (Tcktronix) ашиглан бүртгэнэ. ）。Ердийн осциллографын долгионы хэлбэрийг 3-р зурагт үзүүлсэн ба импульсийн өргөн нь ойролцоогоор 42 нс-ийг харуулж байна. Импульсийн өргөнШугаман бус давтамж хувиргах үйл явцын түр зуурын өсөлтийн нарийсалт нөлөөгөөр 6,45 мм-ийн насосны импульстэй харьцуулахад 41,18% нарийссан. Үүний үр дүнд сул зогсолтын импульсийн оргил хүчин чадал 3,56 кВт байна. Цацрагийн чанарын хүчин зүйл нь 6.45 um сул зогсолтыг лазер туяагаар хэмждэг

анализатор （Spiricon,M2-200-PIII）1 Вт гаралтын чадал, 4-р зурагт үзүүлэв. цацрагийн чанарын дундаж хүчин зүйл M2=1.19. Зураг.4-т Гауссын ойролцоо орон зайн горим бүхий хоёр хэмжээст (2D) цацрагийн эрчмийн профайлыг харуулав. 6.45 um-ийн импульс нь үр дүнтэй аблацийг хангаж байгаа эсэхийг шалгахын тулд, гахайн тархийг лазераар устгах зарчмын нотолгоо туршилтыг хийж байна. 6.45 um импульсийн туяаг бэлхүүсний 0.75 мм-ийн радиус руу чиглүүлэхийн тулд f=50 линз ашигладаг. Гахайн тархины эдэд салгах байрлал Лазер туяаны фокус дээр байрладаг. Биологийн эдийн гадаргуугийн температурыг (T) r-ийн радиаль байрлалаас хамааруулан термокамераар (FLIR A615) синхроноор хэмждэг. Цацрагийн үргэлжлэх хугацаа нь 1 байна. ,2,4,6,10，ба 20 секундын лазерын хүчин чадал I Вт. Цацрагийн үргэлжлэх хугацаа тус бүрд 6 дээжийн байрлалыг хавсаргана: r=0,0,62,0,703,1.91,3.05，ба 4.14 мм цацрагийн байрлалын төв цэгийн дагуу радиаль чиглэлийн дагуу 5-р зурагт үзүүлэв. Квадратууд нь хэмжсэн температурын өгөгдөл юм. 5-р зурагт гадаргын температур байгааг харуулж байна. эд дээрх абляцийн байрлал дахь цацрагийн үргэлжлэх хугацаа нэмэгдэхийн хэрээр нэмэгддэг. Төвийн цэг дэх r=0 хамгийн өндөр температур T нь 132.39,160.32,196.34，

205.57,206.95, 226.05С-ийн цацрагийн үргэлжлэх хугацаа нь 1,2，4,6,10， ба 20 секунд байна. Барьцаа гэмтлийг шинжлэхийн тулд салангид эдийн гадаргуу дээрх температурын хуваарилалтыг загварчилсан. биологийн эдэд зориулсан дулаан дамжуулалтын онол126】биологийн эдэд лазерын тархалтын онол 【27】гахайн тархины оптик параметрүүдтэй хослуулсан 1281.
Загварчлалыг Гауссын цацрагийн оролтын таамаглалаар гүйцэтгэнэ. Туршилтанд ашигласан биологийн эд нь гахайн тархины эдээс тусгаарлагдсан тул цус, бодисын солилцооны температурт үзүүлэх нөлөөг үл тоомсорлож, гахайн тархины эдийг хялбаршуулсан. Симуляци хийх зориулалттай цилиндрийн хэлбэр. Загварчлалд ашигласан параметрүүдийг Хүснэгт 1-д нэгтгэн үзүүлэв. 5-р зурагт үзүүлсэн хатуу муруйнууд нь зургаан өөр цацрагийн эд эсийн гадаргуу дээрх абляцийн төвтэй холбоотой загварчилсан радиаль температурын тархалт юм. Үргэлжлэх хугацаа.Тэд төвөөс зах руу чиглэсэн Гауссын температурын профайлыг харуулдаг. Зураг 5-аас харахад туршилтын өгөгдөл нь дуурайлган хийсэн үр дүнтэй сайн нийцэж байгаа нь харагдаж байна. Мөн 5-р зурагт симуляцийн температурын төв хэсэгт байгаа нь харагдаж байна. Цацраг тус бүрийн цацрагийн үргэлжлэх хугацаа нэмэгдэхийн хэрээр абляцийн байрлал нэмэгддэг. Өмнөх судалгаагаар эд эсийн эсүүд доорх температурт бүрэн аюулгүй байдгийг харуулсан.55C, энэ нь 5-р зураг дээрх муруйнуудын ногоон бүсэд (T<55C) эсүүд идэвхтэй хэвээр байна гэсэн үг. Муруй бүрийн шар бүс (55C)60C）。Зураг 5-аас харахад T=60°Care дахь загварчилсан аблацийн радиус 0.774,0.873,0.993,1.071,1.198 ба 1.364 мм, цацрагийн үргэлжлэх хугацаа 1,2,4， 10 ба 20 сек, харин T=55C-ийн симуляцийн радиус нь 0.805, 0.908, 1.037, 1.134, 1.271, 1.456 мм байна. Абляцийн үр нөлөөг тоон шинжилж үзэхэд үхсэн эсүүд 2,8, 8-тай байна. 2.394,3.098,3.604,4.509, 1,2,4,6,10, 20-ийн цацрагийн хувьд 5.845 мм2. Барьцааны эвдрэлийн талбай нь 0.003,0.0040.017,0.0. ба 0.027 мм2. Цацрагийн хугацаа нэмэгдэхийн хэрээр лазер абляцийн бүс ба барьцааны эвдрэлийн бүс нэмэгдэж байгааг харж болно. Бид барьцааны хохирлын харьцааг 55С сек T60C-ийн барьцааны хохирлын талбайн харьцаа гэж тодорхойлдог.Барьцааны хохирлын харьцаа олдлоо. Янз бүрийн цацрагийн хугацаанд 8.17%, 8.18%, 9.06%, 12.11%, 12.56%, 13.94% байх ба энэ нь салангид эдүүдийн барьцааны гэмтэл бага байна гэсэн үг юм. Иймд цогц туршилт хийсэн.l Өгөгдөл болон симуляцийн үр дүнгээс харахад энэхүү авсаархан, өндөр хүчин чадалтай, бүх хатуу төлөвт 6.45 um ZGP-OPO лазер нь биологийн эдийг үр дүнтэй устгадаг болохыг харуулж байна. Эцэст нь бид авсаархан, өндөр хүчин чадалтай, бүх хатуу төлөв байдлыг харуулсан. Ns ZGP-OPO хандлагад суурилсан MIR импульсийн 6.45 um лазерын эх үүсвэр. 3.65 кВт оргил хүчин чадалтай, туяаны чанарын дундаж коэффициент M2=1.19 байхад хамгийн их дундаж хүчийг 1.53 Вт авсан. Энэхүү 6.45 um MIR цацрагийг ашигласнаар a Эдийг лазераар устгах зарчмын баталгаатай туршилтыг хийсэн. Хагарсан эдийн гадаргуу дээрх температурын тархалтыг туршилтаар хэмжиж, онолын хувьд загварчилсан. Хэмжилтийн өгөгдөл нь загварчилсан үр дүнтэй тохирч байна. Түүнээс гадна барьцаа гэмтлийг онолын хувьд шинжилсэн. Эхний удаа. Эдгээр үр дүн нь 6.45 um-ийн ширээний MIR импульсийн лазер нь биологийн эд эсийг үр дүнтэй арилгадаг бөгөөд анагаах ухаан, биологийн шинжлэх ухаанд практик хэрэглүүр болох асар их нөөцтэй гэдгийг баталж байна.лазер хусуур.