Laser ya infrared ya kati ya hali dhabiti (MIR) katika milimita 6.45 yenye nguvu ya wastani ya juu ya kutoa na ubora wa karibu wa boriti ya Gaussian inaonyeshwa. Nguvu ya juu kabisa ya kutoa 1.53 W na upana wa mpigo wa takriban ns 42 kwa 10. kHz inafikiwa kwa kutumia ZnGeP2(ZGP) oscillator ya parametric ya macho (OPO).Hii ndiyo nishati ya wastani ya juu kabisa ya uml 6.45 ya leza yoyote ya hali-imara kwa kadri ya ufahamu wetu.Kiwango cha wastani cha ubora wa boriti hupimwa kuwa M2=1.19.
Zaidi ya hayo, uthabiti wa nguvu wa pato la juu unathibitishwa, na mabadiliko ya nguvu ya chini ya 1.35% rms zaidi ya h 2, na leza inaweza kufanya kazi kwa ufanisi kwa zaidi ya h 500 kwa jumla. Kwa kutumia mpigo huu wa 6.45 um kama chanzo cha mionzi, uondoaji wa wanyama. tishu za ubongo hujaribiwa. Zaidi ya hayo, athari ya uharibifu wa dhamana inachambuliwa kinadharia kwa mara ya kwanza, kulingana na ujuzi wetu, na matokeo yanaonyesha kuwa leza hii ya MIR ina uwezo bora wa kutoa, na kuifanya iweze kuchukua nafasi ya leza za elektroni zisizolipishwa.©2022 Optica Publishing Group
https://doi.org/10.1364/OL.446336
Mionzi ya leza ya kati (MIR) 6.45 um inaweza kutumika katika sehemu za dawa za usahihi wa hali ya juu kutokana na manufaa yake ya kiwango kikubwa cha uondoaji hewa na uharibifu mdogo wa dhamana 【1】.Leza za elektroni zisizolipishwa (FELs), leza za mvuke za strontium, gesi Laser za Raman, na leza za hali dhabiti kulingana na oscillator ya parameti-ric ya macho (OPO) au kizazi cha masafa ya tofauti (DFG) hutumiwa kwa kawaida vyanzo vya leza 6.45 um. Hata hivyo, gharama ya juu, saizi kubwa, na muundo changamano wa FEL huzuia maombi. Leza za mvuke za Strontium na leza za gesi za Raman zinaweza kupata bendi zinazolengwa, lakini zote mbili zina uthabiti duni, ser- fupi.
maisha maovu, na yanahitaji matengenezo changamano. Tafiti zilionyesha kuwa leza za 6.45 umm 6.45 za leza za hali-imara huzalisha kiwango kidogo cha upungufu wa unyevu katika tishu za kibayolojia na kwamba kina cha uondoaji wake ni cha kina zaidi ya zile za FEL chini ya hali sawa, ambayo ilithibitisha kuwa zinaweza kutumika kama njia mbadala inayofaa kwa FELs kwa uondoaji wa tishu za kibayolojia 【2】.Aidha, leza za hali-imara zina faida za muundo wa kompakt, uthabiti mzuri, na
uendeshaji wa kompyuta ya mezani, na kuwafanya kuwa zana za kuahidi za kupata chanzo cha mwanga cha a6.45μn.Kama inavyojulikana, fuwele zisizo na mstari za infrared huchukua jukumu muhimu katika mchakato wa ubadilishaji wa masafa unaotumiwa kufikia leza za MIR za utendaji wa juu. Ikilinganishwa na miale ya oksidi ya infrared yenye ukingo wa kukatwa wa mm 4, fuwele zisizo za oksidi ziko vizuri. inafaa kwa kuzalisha leza za MIR. Fuwele hizi ni pamoja na chalcogenides nyingi, kama vile AgGaS2 (AGS) 【3,41, LiInS2 (LIS) 【5,61, LilnSe2 (LISe) 【7】 BGS8,） 】,na BaGaSe(BGSe)【10-12】, pamoja na misombo ya fosforasi CdSiP2(CSP)【13-16】 na ZnGeP2 (ZGP)【17】; hizi mbili za mwisho zote zina miunganisho mikubwa isiyo na uhusiano. kwa mfano, mionzi ya MIR inaweza kupatikana kwa kutumia CSP-OPOs.Hata hivyo, CSP-OPO nyingi hufanya kazi kwa mizani ya muda ya ultrashort (pico-na femtosecond) na husukumwa kwa usawa na leza zilizofungwa kwa modi ya um 1. Kwa bahati mbaya, OPO hizi zinazosukumwa kwa usawazishaji. Mifumo ya SPOPO) ina usanidi changamano na ni ya gharama kubwa. Nguvu zake za wastani pia ni chini ya 100 mW karibu 6.45 um【13-16】.Ikilinganishwa na kioo cha CSP, ZGP ina uharibifu wa juu wa leza.kuhifadhi (60 MW/cm2), hali ya juu ya hewa ya joto (0.36 W/cm K) na mgawo usio na mstari unaolinganishwa (75pm/V) .Kwa hivyo, ZGP ni fuwele bora zaidi ya MIR isiyo ya mstari kwa nguvu ya juu au ya juu- matumizi ya nishati 【18-221.Kwa mfano, pango gorofa-gorofa ZGP-OPO yenye safu ya urekebishaji ya 3.8-12.4 um inayosukumwa na leza ya 2.93 um ilionyeshwa. Upeo wa juu wa mpigo mmoja wa mwanga wa mvivu ulikuwa 6.6 um 1.2 mJ 【201.Kwa urefu mahususi wa 6.45 um, nishati ya kiwango cha juu cha mum ya 5.67 mJ kwa marudio ya 100 Hz ilifikiwa kwa kutumia tundu la OPO la pete isiyo ya mpangilio kulingana na kioo cha ZGP. Kwa kurudiarudia. masafa ya 200Hz, nguvu ya wastani ya kutoa 0.95 W ilifikiwa 【221.Kama tunavyofahamu, hii ndiyo nishati ya juu zaidi inayopatikana kwa 6.45 um.Tafiti zilizopo zinaonyesha kuwa nishati ya wastani ya juu ni muhimu kwa ajili ya uondoaji mzuri wa tishu 【23】. Kwa hiyo, uundaji wa chanzo cha leza chenye nguvu ya juu cha 6.45 um utakuwa wa umuhimu mkubwa katika utangazaji wa dawa za kibaolojia.Katika Barua hii, tunaripoti leza sahili ya hali dhabiti ya MIR 6.45 um ambayo ina nguvu ya wastani ya juu ya kutoa na inategemea ZGP-OPO inayosukumwa na nanosecond (ns)-pulse 2.09 um.
leza. Nguvu ya juu ya wastani ya kutoa leza ya 6.45 um ni hadi 1.53 W na upana wa mpigo wa takriban ns 42 katika marudio ya marudio ya kHz 10, na ina ubora bora wa boriti. Athari ya kuzima ya leza ya 6.45 um kwenye tishu za wanyama. inachunguzwa. Kazi hii inaonyesha kuwa leza ni mbinu faafu ya uondoaji halisi wa tishu, kwani hufanya kazi kama kisuli cha leza.Usanidi wa majaribio umechorwa kwenye Mtini.1.ZGP-OPO inasukumwa na leza ya LD-pump 2.09 um Ho:YAG iliyotengenezwa nyumbani ambayo hutoa 28 W ya wastani wa nishati katika kHz 10. na muda wa mpigo wa takriban ns 102（ FWHM) na kigezo cha wastani cha ubora wa boriti M2 cha takriban 1.7.MI na M2 ni vioo viwili 45 vilivyo na mipako inayoakisi zaidi katika 2.09 um.Vioo hivi huwezesha udhibiti wa mwelekeo wa boriti ya pampu. Lenzi mbili zinazolenga (f1 =100mm). ,f2=100 mm) hutumika kwa mgongano wa boriti yenye kipenyo cha boriti cha takriban milimita 3.5 kwenye fuwele ya ZGP. Kitenganishi cha macho (ISO) kinatumika kuzuia boriti ya pampu kurejea kwenye chanzo cha pampu ya um 2.09. Sahani ya nusu-wimbi (HWP) saa 2.09 um hutumika kudhibiti mgawanyiko wa taa ya pampu. M3 na M4 ni vioo vya cavity ya OPO, vilivyo na gorofa ya CaF2 inayotumika kama nyenzo ya substrate. Kioo cha mbele cha M3 kimepakwa kizuia kuakisi (98%) kwa pampu. boriti na mwonekano wa juu uliopakwa (98%) kwa mtu asiye na kazi wa um 6.45 na mawimbi ya ishara ya um 3.09. Kioo cha nje cha M4 kinaakisi sana (98%) saa 2.09um na 3.09 um na inaruhusu usambazaji wa sehemu ya 6.45 um idler.Kioo cha ZGP kimekatwa kwa 6-77.6°andp=45° kwa aina-JⅡ inayolingana na awamu 【2090.0 (o)6450.0 (o)+3091.9 (e)】, ambayo inafaa zaidi kwa upanaji mahususi wa nuru ya nuru na urefu mdogo wa mawimbi. upana wa mstari ikilinganishwa na ulinganishaji wa awamu ya aina ya I. Vipimo vya kioo cha ZGP ni 5mm x 6 mm x 25 mm, na imepakwa mng'aro na kuzuia kuakisi kwenye sehemu zote mbili za mwisho kwa mawimbi matatu yaliyo hapo juu. Imefungwa kwa karatasi ya indium na iliyowekwa kwenye sinki la joto la shaba lenye kupoeza maji (T=16).Urefu wa shimo ni 27 mm. Muda wa safari ya kwenda na kurudi wa OPO ni ns 0.537 kwa leza ya pampu. Tulijaribu kizingiti cha uharibifu wa kioo cha ZGP kwa R. Mbinu ya -on-I 【17】.Kizingiti cha uharibifu cha kioo cha ZGP kilipimwa kuwa 0.11 J/cm2 saa 10 kHz. katika jaribio hilo, sambamba na msongamano wa kilele wa 1.4 MW/cm2, ambayo ni ya chini kutokana na ubora duni wa mipako.Nguvu ya pato ya mwanga wa mvivu inayozalishwa hupimwa kwa mita ya nishati (D,OPHIR,1 uW hadi 3 W), na urefu wa wimbi la mwanga wa mawimbi hufuatiliwa na spectrometer (APE,1.5-6.3 m). kupata nguvu ya juu ya pato la 6.45 um, tunaboresha muundo wa vigezo vya OPO. simulation ya nambari inafanywa kwa kuzingatia nadharia ya mchanganyiko wa mawimbi matatu na cquations ya uenezi wa paraxial 【24,25】; katika simulation, sisi. tumia vigezo vinavyolingana na hali ya majaribio na uchukue mpigo wa ingizo na wasifu wa Gaussian katika nafasi na wakati. Uhusiano kati ya kioo cha matokeo cha OPO
upitishaji, nguvu ya pampu, na ufanisi wa pato huboreshwa kwa kudhibiti msongamano wa boriti ya pampu kwenye tundu ili kufikia nguvu ya juu ya pato huku wakati huo huo kukwepa uharibifu wa kioo cha ZGP na vipengele vya macho. Hivyo basi, nguvu ya juu zaidi ya pampu ni mdogo kuwa takriban 20 W kwa ajili ya uendeshaji wa ZGP-OPO. Matokeo yaliyoigizwa yanaonyesha kuwa wakati kiunganishi bora cha pato chenye upitishaji wa 50% kinatumika, upeo wa juu wa msongamano wa nguvu ni 2.6 x 10 W/cm2 pekee kwenye ZGP crys-tal, na wastani wa nishati ya pato. ya zaidi ya 1.5 W inaweza kupatikana. Mchoro 2 unaonyesha uhusiano kati ya uwezo wa kutoa kipimo wa mvivu katika 6.45 um na nguvu ya pampu ya tukio. Inaweza kuonekana kutoka kwenye Mchoro 2 kwamba nguvu ya pato ya mvivu huongezeka peke yake na nguvu ya pampu ya tukio.Kizingiti cha pampu kinalingana na wastani wa nguvu ya pampu ya 3.55WA nguvu ya juu ya kutokeza isiyo na kazi ya W 1.53 inafikiwa kwa nguvu ya pampu ya takriban 18.7 W, ambayo inalingana na ufanisi wa ubadilishaji wa macho-kwa-macho of takriban 8.20%%na quantum conversion cfliciency of 25.31%.Kwa usalama wa muda mrefu, leza inaendeshwa kwa karibu 70% ya upeo wake wa juu wa kuweka nje. Uthabiti wa nishati hupimwa kwa nguvu ya kutoa ya IW, kama inavyoonyeshwa katika sehemu ya ndani (a) katika Mtini.2.Imebainika kuwa mabadiliko ya nguvu yaliyopimwa ni chini ya 1.35%rms katika saa 2, na kwamba leza inaweza kufanya kazi kwa ufanisi kwa zaidi ya h 500 kwa jumla. Urefu wa wimbi la wimbi la mawimbi. hupimwa badala ya ile ya mtu asiye na kazi kutokana na masafa machache ya urefu wa mawimbi ya spectrometer (APE，1.5-6.3 um) inayotumika katika jaribio letu.Urefu wa mawimbi ya mawimbi huwekwa katikati katika 3.09 um na upana wa mstari ni takriban nm 0.3, kama inavyoonyeshwa katika sehemu ya (b) ya Mtini.2. Urefu wa kati wa mawimbi ya mvivu basi hukadiriwa kuwa 6.45um. Upana wa mapigo ya mtu asiye na kazi hutambuliwa na kigundua picha (Thorlabs,PDAVJ10) na kurekodiwa na oscilloscope ya dijiti (Tcktronix), ）.Mawimbi ya kawaida ya oscilloscope yanaonyeshwa kwenye Mchoro.3 na kuonyesha upana wa mpigo wa takriban ns 42. Upana wa mapigoni 41.18% finyu kwa mtu asiye na kazi wa um 6.45 ikilinganishwa na mpigo wa pampu ya um 2.09 kutokana na athari ya muda mfupi ya kupunguza kasi ya ubadilishaji wa masafa yasiyo ya mstari. Kwa sababu hiyo, nguvu ya kilele cha mpigo wa idler sambamba ni 3.56kW. Sababu ya ubora wa boriti ya boriti 6.45 um idler hupimwa kwa boriti ya leza
kichanganuzi (Spiricon, M2-200-PIII) katika 1 W ya nguvu ya pato, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro.4. Thamani zilizopimwa za M2 na M, 2 ni 1.32 na 1.06 kwenye mhimili wa x na mhimili y, mtawalia, sambamba na wastani wa ubora wa boriti ya M2=1.19.Mchanganyiko wa Mtini.4 unaonyesha wasifu wa ukubwa wa boriti wenye mwelekeo-mbili (2D), ambao una hali ya anga ya karibu ya Gaussian. jaribio la uthibitisho wa kanuni linalohusisha uondoaji wa leza wa ubongo wa nguruwe unafanywa. Lenzi ya f=50 inatumika kulenga boriti ya 6.45 um ya kunde hadi eneo la kiuno la takriban milimita 0.75. Nafasi ya kupunguzwa kwenye tishu za ubongo wa nguruwe. huwekwa kwenye sehemu inayoangazia miale ya leza. Halijoto ya uso (T) ya tishu ya kibaiolojia kama utendaji kazi wa eneo la radial r hupimwa na thermocamera (FLIR A615) kwa usawazishaji wakati wa mchakato wa uondoaji. Muda wa kuangaza ni 1 ,2,4,6,10,na 20 s kwa nguvu ya leza ya I W.Kwa kila muda wa mnururisho,nafasi sita za sampuli zimetolewa:r=0,0.62,0.703,1.91,3.05, na 4.14 mm kando ya mwelekeo wa radial kuhusiana na sehemu ya katikati ya nafasi ya mnururisho, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro.5.Miraba ni data iliyopimwa ya halijoto. Inapatikana katika Mtini.5 kwamba halijoto ya uso katika mkao wa uondoaji hewa kwenye tishu huongezeka kwa kuongezeka kwa muda wa mnururisho. Viwango vya juu vya halijoto T katika sehemu ya katikati r=0 ni 132.39,160.32,196.34;
205.57,206.95, na 226.05C kwa muda wa mionzi ya 1,2,4,6,10, na 20, mtawalia. Ili kuchanganua uharibifu wa dhamana, usambazaji wa joto kwenye uso wa tishu uliopunguzwa huigwa. Hii inafanywa kulingana na nadharia ya upitishaji wa mafuta kwa tishu za kibayolojia126】na nadharia ya uenezi wa leza katika tishu za kibaolojia 【27】pamoja na vigezo vya macho vya ubongo wa nguruwe 1281.
Uigaji huo unafanywa kwa kudhaniwa kuwa boriti ya Gaussian ya pembejeo. Kwa vile tishu za kibayolojia zinazotumiwa katika kitaalamu zimetengwa kwa tishu za ubongo wa nguruwe, ushawishi wa damu na kimetaboliki kwenye halijoto hauzingatiwi, na tishu za ubongo wa nguruwe hurahisishwa. umbo la silinda kwa ajili ya simula-tion. Vigezo vinavyotumika katika uigaji vimefupishwa katika Jedwali 1. Miingo dhabiti iliyoonyeshwa kwenye Mtini.5 ni migawanyiko ya halijoto ya mionzi inayoigizwa kuhusiana na kituo cha uvuaji kwenye uso wa tishu kwa miale sita tofauti. muda.Zinaonyesha wasifu wa halijoto ya Gaussia kutoka katikati hadi pembezoni.Ni dhahiri kutoka kwenye Mchoro 5 kwamba data ya majaribio inashikamana vyema na matokeo yaliyoigizwa.Pia ni dhahiri kutoka Mtini.5 kuwa halijoto iliyoigizwa katikati ya nafasi ya ablation huongezeka kadri muda wa mionzi unavyoongezeka kwa kila mnururisho. Utafiti wa awali umeonyesha kuwa seli kwenye tishu ziko salama kabisa katika halijoto iliyo hapa chini.55C, ambayo ina maana kwamba seli husalia amilifu katika maeneo ya kijani kibichi (T<55C)ya mikunjo katika Mtini.5.Eneo la manjano la kila mkunjo (55C).60C）.Inaweza kuzingatiwa katika Mtini.5 kwamba radii ya kuiga iliyoigwa katika T=60°Care0.774,0.873,0.993,1.071,1.198 na 1.364 mm, mtawalia, kwa muda wa mnururisho wa 1,2,4,6, 10, na 20s, wakati radii iliyoigwa ya ablation atT=55C ni0.805,0.908,1.037,1.134,1.271, na 1.456 mm, mtawalia.Baada ya kuchanganua kwa kiasi athari ya uondoaji, Arca iliyo na seli 1 hupatikana.82 2.394,3.098,3.604,4.509,na5.845 mm2 kwa 1,2,4,6,10,na miaka 20 ya miale, mtawalia.Eneo lenye eneo la uharibifu wa dhamana linapatikana kuwa 0.003,0.0040.006,0.013,013,013 na 0.027 mm2.Inaweza kuonekana kuwa kanda za uondoaji wa laser na kanda za uharibifu wa dhamana huongezeka kwa muda wa mionzi.Tunafafanua uwiano wa uharibifu wa dhamana kuwa uwiano wa eneo la uharibifu wa dhamana katika 55C s T60C.Uwiano wa uharibifu wa dhamana unapatikana. hadi kuwa 8.17%,8.18%,9.06%,12.11%,12.56%, na 13.94% kwa nyakati tofauti za mionzi, ambayo ina maana kwamba uharibifu wa dhamana ya tishu zilizopunguzwa ni ndogo.Kwa hiyo, majaribio ya kinal data na matokeo ya uigaji yanaonyesha kuwa leza hii fupi, yenye nguvu ya juu, hali-imara 6.45 um ZGP-OPO hutoa uondoaji bora wa tishu za kibaolojia. Kwa kumalizia, tumeonyesha hali fupi, ya juu, na imara yote. MIR ilisukuma chanzo cha leza 6.45 um kulingana na mbinu ya ns ZGP-OPO. Nguvu ya juu ya wastani ya 1.53 W ilipatikana kwa nguvu ya kilele ya 3.65kW na kipengele cha wastani cha ubora wa boriti ya M2=1.19. Kwa kutumia mionzi hii ya 6.45 um MIR, a Jaribio la uthibitisho wa kanuni kuhusu utoaji wa leza ya tishu lilifanyika. Usambazaji wa halijoto kwenye uso wa tishu uliopunguzwa ulipimwa kwa majaribio na kuiga kinadharia. Data iliyopimwa ilikubaliana vyema na matokeo yaliyoigwa. Zaidi ya hayo, uharibifu wa dhamana ulichanganuliwa kinadharia. kwa mara ya kwanza.Matokeo haya yanathibitisha kuwa leza yetu ya mezani ya MIR pulse saa 6.45 um inatoa uondoaji bora wa tishu za kibayolojia na ina uwezo mkubwa wa kuwa zana ya vitendo katika sayansi ya matibabu na baiolojia, kwani inaweza kuchukua nafasi ya FEL kubwa kama vile.scalpel ya laser.