Feasibility study of an innovative high energy red sub-ns laser source

In this work, I discuss the feasibility study of an innovative laser system for tattoo removal applications. The new source shall be embedded into an existing Nd:Yag system to extend the range of ink colors which can be efficiently treated. As an introduction, the mechanisms behind tattoo removal and hence the motivations and the technical requirements of the new system are briefly explained. The new laser shall exploit the already available source to produce high energy (>100 mJ) pulses with a sub-nanosecond duration into the red region of the spectrum up to 790 nm. The question we have to answer is then whether or not we could design a simple, compact and reliable wavelength converter with the above specifications. We examined two possible strategies. The first one is based on a compact gain-switched Ti:Sa resonator, pumped with 532 nm and producing pulses at 785 nm. The second one is composed by an external KGW resonator which, thanks to Stimulated Raman Scattering (SRS), let us convert the 1064 nm radiation into 1316 nm, which is in turn frequency doubled to 658 nm. For both solutions, we implemented via software the differential equations describing the two systems. We exploit them to optimize the resonators parameters and to predict the efficiency and the characteristics of the output pulses. The experimental results are analysed in great details and compared with the ones predicted with simulations. Possible improvements and other arrangements are finally discussed.

In questo lavoro, discuto lo studio di fattibilità di un innovativo sistema laser per applicazioni di rimozione di tatuaggi multicolore. La nuova sorgente dovrà essere integrata in un sistema in Nd:Yag già esistente per estendere il range di colori trattabili efficacemente. Come introduzione, i meccanismi alla base della rimozione di tatuaggi sono spiegati brevemente; da essi vengono quindi spiegate le motivazioni e i requisiti tecnici della nuova sorgente. Il nuovo laser dovrebbe sfruttare la sorgente già disponibile per produrre impulsi ad alta energia (>100 mJ) con una durata sotto al nanosecondo nella regione rossa dello spettro fino a 790 nm. La domanda a cui dobbiamo rispondere è quindi se è possibile o meno progettare un convertitore d'onda semplice, compatto ed affidabile, con i precedenti requisiti. Abbiamo esaminato due possibili strategie. La prima è basata su un risonatore compatto in Ti:Sa operato in regime di gain-switch, pompato a 532 nm ed emettente impulsi a 785 nm. La seconda è composta da un risonatore esterno in KGW il quale, grazie al processo di scattering stimolato Raman, permette di convertitre la radiazione da 1064 nm a 1316 e successivamente a 658 nm per mezzo di duplicazione in frequenza. Per entrambe le soluzioni, abbiamo implementato via software le equazioni differenziali che descrivono i due sistemi. Le abbiamo utilizzate per ottimizzare i vari parametri dei risonatori e per predire l'efficienza e le caratteristiche degli impulsi prodotti. I risultati sperimentali sono analizzati in dettaglio e sono confrontati con quelli teorici. Vengono infine discusse possibili migliorie ed altri setup.