Sýnt er fram á fyrirferðarlítinn og öflugan mið-innrauðan (MIR) leysigeisla við 6,45 um með háu meðalútstreymi og næstum gaussískum geislagæðum. kHz er náð með því að nota ZnGeP2（ZGP）optical parametric oscillator （OPO）。Þetta er hæsta meðalafl við 6,45 um af öllum fastástands leysir eftir bestu vitund.Meðalgæðastuðull geisla er mældur M2=1,19.
Þar að auki er mikill aflstöðugleiki staðfestur, með aflssveiflu sem er minni en 1,35% rms á 2 klst., og leysirinn getur keyrt á skilvirkan hátt í meira en 500 klst. samtals. Með því að nota þennan 6,45 um púls sem geislagjafa, eyðir dýrið heilavefur er prófaður. Ennfremur eru hliðarskemmdaáhrifin fræðilega greind í fyrsta skipti, eftir því sem við best vitum, og niðurstöðurnar benda til þess að þessi MIR leysir hafi framúrskarandi fjarlægingargetu, sem gerir hann hugsanlega í staðinn fyrir frjálsra rafeindaleysis.©2022 Optica Publishing Group
https://doi.org/10.1364/OL.446336
Mið-innrauð (MIR) 6,45 um leysigeislun hefur hugsanlega notkun á sviðum lækninga með mikilli nákvæmni vegna kosta þess að vera umtalsverðan brottnámshraða og lágmarks aukaskemmdir 【1】. Raman leysir og solid-state leysir sem byggjast á optískum parametric oscillator (OPO) eða munur tíðni kynslóð (DFG) eru almennt notaðir 6,45 um leysir uppsprettur. Hins vegar takmarkar hár kostnaður, stór stærð og flókin uppbygging FELs þeirra notkun. Strontíumgufuleysir og gas Raman leysir geta náð markmiðsböndunum, en báðir hafa lélegan stöðugleika, stutta ser-
löstur líf, og krefjast flókins viðhalds. Rannsóknir sýndu að 6,45 um solid-state leysir framleiða minna hitaskemmdasvið í líffræðilegum vefjum og að brottnámsdýpt þeirra er dýpri en í FEL við sömu aðstæður, sem sannreyndi að þeir geta vera notaður sem áhrifaríkur valkostur við FELs fyrir líffræðilega vefjaflögnun 【2】. Að auki hafa solid-state leysir kosti þess að vera fyrirferðarlítil uppbygging, góðan stöðugleika og
notkun borðplötu, sem gerir þau að efnilegum verkfærum til að fá 6,45μn ljósgjafa.Eins og kunnugt er gegna ólínulegir innrauðir kristallar mikilvægu hlutverki í tíðniumbreytingarferlinu sem notað er til að ná fram afkastamiklum MIR leysigeislum. Samanborið við oxíð innrauða kristalla með 4 um afskurðarbrún eru óoxíð kristallar vel Hentar til að búa til MIR leysigeisla. Þessir kristallar innihalda flest kalkógeníð, svo sem AgGaS2 （AGS）【3,41，LiInS2 （LIS）【5,61， LilnSe2 （LISe）（B】〼B】 】，og BaGaSe（BGSe）【10-12】, sem og fosfórefnasamböndin CdSiP2（CSP）【13-16】og ZnGeP2 (ZGP）【17】) hafa bæði stórvirk. Til dæmis er hægt að fá MIR geislun með því að nota CSP-OPOs. Hins vegar starfa flestir CSP-OPOs á ofurstuttum (pico- og femtosecond) tímakvarða og er samstillt dælt með um það bil 1 um stillingu læstum leysum. Því miður eru þessar samstillt dældu OPO（ SPOPO) kerfi eru með flókna uppsetningu og eru kostnaðarsöm. Meðalafl þeirra er einnig lægra en 100 mW við um 6,45 um【13-16】. Samanborið við CSP kristal hefur ZGP hærri leysisskaðashold (60 MW/cm2), hærri varmaleiðni (0,36 W/cm K), og sambærilegur ólínulegur stuðull (75pm/V) 。Þess vegna er ZGP frábær MIR ólínulegur sjónkristall fyrir háa krafta. orkunotkun 【18-221. Til dæmis var sýnt fram á flatt, flatt holrými ZGP-OPO með stillisviðinu 3,8-12,4 um sem dælt er með 2,93 um leysi. 1,2 mJ 【201. Fyrir sértæka bylgjulengdina 6,45 um náðist hámarks einpúls orka upp á 5,67 mJ við endurtekningartíðni 100 Hz með því að nota OPO hola sem ekki er planar hringur byggt á ZGP kristal. Með endurtekningu tíðni 200Hz, meðalúttaksafli 0,95 W náðist 【221. Eftir því sem við best vitum er þetta hæsta úttaksaflið sem náðst hefur, 6,45 um.Núverandi rannsóknir benda til þess að hærra meðalafli sé nauðsynlegt fyrir árangursríka vefjaeyðingu 【23】. Þess vegna myndi þróun hagnýtrar aflmikillar 6,45 um leysigjafa hafa mikla þýðingu í kynningu á líffræðilegum lækningum.Í þessu bréfi greinum við frá einföldum, þéttum MIR 6,45 um leysi sem er með hátt meðalúttak og er byggt á ZGP-OPO dælt með nanósekúndu（ns）-púls 2,09 um
leysir. Hámarks meðalúttaksafl 6,45 um leysisins er allt að 1,53 W með púlsbreidd um það bil 42ns við endurtekningartíðni 10 kHz, og hann hefur framúrskarandi geislafæði. Afnámsáhrif 6,45 um leysisins á dýravef er rannsakað. Þessi vinna sýnir að leysirinn er áhrifarík nálgun við raunverulega vefjaflögnun, þar sem hann virkar sem leysisskurðarhníf.Tilraunauppsetningin er teiknuð á mynd 1. ZGP-OPO er dælt með heimagerðum LD-dældum 2,09 um Ho:YAG leysi sem skilar 28 W af meðalafli við 10 kHz. með púlslengd um það bil 102 ns（ FWHM) og meðalgæðastuðull geisla M2 upp á um það bil 1,7.MI og M2 eru tveir 45 speglar með húðun sem er mjög endurskin við 2,09 um. Þessir speglar gera stefnustýringu á dælugeislanum. Tvær fókuslinsur （f1 =100 mm ,f2=100 mm）eru beitt fyrir geislasamruna með um það bil 3,5 mm geislaþvermál í ZGP kristalnum. Optískur einangrari (ISO) er notaður til að koma í veg fyrir að dælugeislinn fari aftur í 2,09 um dælugjafann. Hálfbylgjuplata （HWP）við 2.09 um er notað til að stjórna skautun dæluljóssins.M3 og M4 eru OPO holaspeglar, með flatt CaF2 notað sem undirlagsefni. Framspegillinn M3 er endurskinshúðaður (98%) fyrir dæluna geisla- og háendurskinshúðuð (98%) fyrir 6,45 um lausagang og 3,09 um merkjabylgjur. Úttaksspegillinn M4 er mjög endurkastandi (98%) við 2,09um og 3,09 um og leyfir flutning á 6,45 um lausagangi að hluta.ZGP kristallinn er skorinn við 6-77,6° og p=45° fyrir tegund-JⅡ fasasamsvörun 【2090.0 （o）6450.0 （o）+3091.9 （e）】, sem hentar betur fyrir ákveðna ljósbylgjulengd og ör metrískri bylgjulengd línubreidd samanborið við fasasamsvörun af tegund I. Stærðir ZGP kristalsins eru 5 mm x 6 mm x 25 mm, og hann er fáður og endurskinshúðaður á báða endahliðarnar fyrir ofangreindar þrjár bylgjur. Hann er vafinn inn í indíum filmu og festur í koparhitaskáp með vatnskælingu（T=16）。 Lengd holrúmsins er 27 mm. Hringferðartími OPO er 0,537 ns fyrir dæluleysirinn. Við prófuðum skaðaþröskuld ZGP kristalsins með R -on-I aðferð 【17】. Skemmdarmörk ZGP kristalsins mældist vera 0,11 J/cm2 við 10 kHz.í tilrauninni, sem samsvarar hámarksaflþéttleika upp á 1,4 MW/cm2, sem er lágt vegna tiltölulega léleg húðunargæði.Úttaksstyrkur lausagangsljóssins sem myndast er mældur með orkumæli （D,OPHIR，1 uW til 3 W）， og bylgjulengd merkjaljóssins er fylgst með litrófsmæli （APE，1,5-6,3 m）. fáum hátt úttaksafl upp á 6,45 um, við fínstillum hönnun færibreytna OPO. Töluleg uppgerð er gerð byggð á þriggja bylgjublöndunarkenningum og paraxial útbreiðslu 【24,25】；í uppgerðinni, við nota færibreytur sem samsvara tilraunaaðstæðum og gera ráð fyrir inntakspúls með Gausssniði í rúmi og tíma. Sambandið milli OPO úttaksspegils
flutningsgeta, dæluaflstyrkur og framleiðsla skilvirkni er fínstillt með því að stjórna geislaþéttleika dælunnar í holrúminu til að ná fram hærra framleiðslaafli en um leið forðast skemmdir á ZGP kristalnum og sjónþáttunum. Þannig er hæsta dæluaflið takmarkað við að vera um 20 W fyrir ZGP-OPO rekstur. Herma niðurstöður sýna að á meðan ákjósanlegur úttakstengi með 50% sendingu er notaður er hámarksaflsþéttleiki aðeins 2,6 x 10 W/cm2 í ZGP kristalnum og meðalúttaksafl er hægt að fá meira en 1,5 W. Mynd 2 sýnir sambandið milli mælds úttaksafls lausagangs við 6,45 um og innfallsdæluafls. Af mynd 2 má sjá að úttak lausagangs eykst einhæft með aðfalldæluafl. Dæluþröskuldurinn samsvarar meðalafli dælunnar upp á 3,55WA hámarks lausagangsúttaksafl upp á 1,53 W er náð við dæluafl upp á um það bil 18,7 W, sem samsvarar ljós-til-ljósum umbreytingarskilvirkni of u.þ.b. 8,20%% og skammtabreytingargeta 25,31%. Til langtímaöryggis er leysirinn keyrður á nálægt 70% af hámarks úttaksafli. Aflstöðugleiki er mældur við úttaksafl IW, sem sýnt í innfellingu （a） á mynd 2. Í ljós kemur að mæld aflsveifla er minni en 1,35% rms á 2 klst. og að leysirinn getur starfað á skilvirkan hátt í meira en 500 klst. samtals. Bylgjulengd merkisbylgjunnar er mæld í stað þess sem er á lausaganginum vegna takmarkaðs bylgjulengdarsviðs litrófsmælisins （APE，1,5-6,3 um） sem notaður er í tilrauninni okkar. Mæld merkisbylgjulengd er miðuð við 3,09 um og línubreiddin er um það bil 0,3 nm, eins og sýnt er. í innfelldu （b） á mynd 2. Miðbylgjulengd lausagangstækisins er síðan ályktuð til að vera 6,45um. Púlsbreidd lausagangsins er greind með ljósnema (Thorlabs, PDAVJ10) og skráð með stafrænu sveiflusjá (Tcktronix，Tcktronix，2GHz，） ）。 Dæmigerð sveiflusjábylgjuform er sýnd á mynd 3 og sýnir púlsbreidd um það bil 42 ns. Púlsbreiddiner 41,18% þrengri fyrir 6,45 um lausaganginn samanborið við 2,09 um dælupúlsinn vegna tímabundinna ávinnings þrengjandi áhrifa ólínulegrar tíðnibreytingarferlis. Þar af leiðandi er samsvarandi aðgerðalaus púlshámarksafl 3,56kW. Geislagæðastuðullinn 6,45 um lausagangur er mældur með leysigeisla
greiningartæki （Spiricon, M2-200-PIII） við 1 W af úttaksafli, eins og sýnt er á mynd 4. Mæld gildi M2 og M，2 eru 1,32 og 1,06 meðfram x-ásnum og y-ásnum, í sömu röð, sem samsvarar meðalgæðastuðull geisla M2=1,19. Innskotið á mynd 4 sýnir tvívíða (2D) geislastyrkleikasniðið, sem hefur nær-Gaussískan staðbundna ham. Framkvæmd er sannreynd tilraun sem felur í sér lasereyðingu á heila í svínum. Notuð er f=50 linsa til að stilla 6,45 um púlsgeislann að um 0,75 mm mittisadíus. Staðsetningin sem á að fjarlægja á heilavef svína er settur í brennidepli leysigeislans.Yfirborðshiti （T） lífvefsins sem fall af geislamyndastað r er mældur með hitamyndavél（FLIR A615）samstillt meðan á eyðingu stendur. Geislunartíminn er 1 ,2,4,6,10，og 20 sekúndur við leysistyrk I W. Fyrir hverja geislunartíma eru sex sýnatökur blásnar:r=0,0,62,0,703,1.91,3.05，og 4.14 mm meðfram geislastefnunni með tilliti til miðpunkts geislunarstöðunnar, eins og sýnt er á mynd 5. Ferningarnir eru mæld hitastigsgögn. Það er að finna á mynd 5 að yfirborðshiti við brottnámsstöðu á vefnum eykst með aukinni lengd geislunar. Hæstu hitastig T í miðpunkti r=0 eru 132.39,160.32,196.34，
205.57.206.95，og 226.05C fyrir geislunartíma sem er 1,2，4,6,10，og 20 s. Til að greina hliðarskemmdina er líkt eftir hitadreifingu á yfirborði vefja sem er fjarlægt. Þetta er framkvæmt skv. varmaleiðnikenningin fyrir líffræðilegan vef126】og kenningin um leysiútbreiðslu í líffræðilegum vefjum 【27】 ásamt sjónrænum breytum svínaheila 1281.
Eftirlíkingin er framkvæmd með forsendum Gauss-inntaksgeisla. Þar sem líffræðilegi vefurinn sem notaður er í tilrauninni er einangraður heilavefur úr svínum, eru áhrif blóðs og efnaskipta á hitastig hunsuð og heilavef svína er einfaldaður í lögun strokks til að líkja eftir. Færibreyturnar sem notaðar eru í uppgerðinni eru teknar saman í töflu 1. Heilu ferlurnar sem sýndar eru á mynd 5 eru herma geisladreifingar með tilliti til brottnámsstöðvar á yfirborði vefja fyrir sex mismunandi geislun þær sýna Gauss-hitasnið frá miðju að jaðri. Það er augljóst af mynd 5 að tilraunagögnin falla vel að hermuðum niðurstöðum. Það er líka ljóst af mynd 5 að hermt hitastig í miðju brottnámsstaða eykst eftir því sem geislunartíminn eykst fyrir hverja geislun. Fyrri rannsóknir hafa sýnt að frumurnar í vefnum eru fullkomlega öruggar við hitastig fyrir neðan55C, sem þýðir að frumur halda áfram að vera virkar á grænu svæðum （T<55C） ferilanna á mynd 5. Gula svæðið á hverri feril（55C60C）。 Það má sjá á mynd 5 að herma brottnámsgeisla við T=60°Care0.774,0.873,0.993,1.071,1.198 og 1.364 mm, í sömu röð, fyrir geislunartíma sem er 1,6,4， 10, og 20s, á meðan herma brottnámsgeisla viðT=55C eru 0,805,0,908,1,037,1,134,1,271, og 1,456 mm, í sömu röð. 2.394,3.098,3.604,4.509，og5.845 mm2 fyrir 1,2,4,6,10，og 20s af geislun, í sömu röð. Svæðið með hliðartjónasvæði er talið vera 0.003,0.0040.013,010,0. og 0,027 mm2. Sjá má að leysireyðingarsvæðin og hliðarskemmdasvæðin eykst með lengd geislunar. Við skilgreinum tryggingartjónahlutfallið þannig að það sé hlutfall öryggistjónasvæðisins við 55C s T60C. Tryggingartjónshlutfallið er fundið að vera 8,17%，8,18%，9,06%，12,11%，12,56%， og 13,94% fyrir mismunandi geislunartíma, sem þýðir að hliðarskemmdir fjarlægðra vefja eru litlar. Þess vegna eru umfangsmiklar tilraunirl gögn og uppgerð niðurstöður sýna að þessi fyrirferðarmikli, aflmikla 6,45 um ZGP-OPO leysir veitir árangursríka brottnám líffræðilegra vefja. Að lokum höfum við sýnt fram á fyrirferðarlítinn, aflmikinn, allt í föstu ástandi MIR púlsaður 6,45 um leysigjafi byggt á ns ZGP-OPO nálgun. Hámarks meðalafli 1,53 W fékkst með hámarksafli 3,65kW og meðalgæðastuðull geisla M2=1,19. Með því að nota þessa 6,45 um MIR geislun, Framkvæmd var sönnunarprófun um leysireyðingu vefja. Hitastigsdreifing á yfirborði fjarlægts vefja var mæld með tilraunum og fræðilega hermt. Mæld gögn voru vel í samræmi við hermdar niðurstöður. Þar að auki var aukaskemmdin fræðilega greind. í fyrsta skipti. Þessar niðurstöður sannreyna að MIR púlsleysirinn okkar á borðplötunni við 6,45 um býður upp á árangursríka brottnám líffræðilegra vefja og hefur mikla möguleika á að vera hagnýtt tæki í lækna- og líffræði, þar sem hann gæti komið í stað fyrirferðarmikils FEL semlaser skurðhníf.