Прилагодливи ласери од блиску до инфрацрвени средини

Различни дефиниции на спектрален опсег.

Општо земено, кога луѓето зборуваат за извори на инфрацрвена светлина, тие се однесуваат на светлина со вакуумски бранови должини поголеми од ~ 700-800 nm (горната граница на опсегот на видливата бранова должина).

Долната граница на специфичната бранова должина не е јасно дефинирана во овој опис бидејќи перцепцијата на човечкото око за инфрацрвената светлина полека се намалува наместо да се прекинува на карпа.

На пример, одговорот на светлината од 700 nm кон човечкото око е веќе многу низок, но ако светлината е доволно силна, човечкото око може дури и да ја види светлината што ја емитуваат некои ласерски диоди со бранови должини поголеми од 750 nm, што исто така создава инфрацрвена ласерите претставуваат безбедносен ризик. --Дури и ако не е многу светло за човечкото око, неговата вистинска моќ може да биде многу висока.

Слично на тоа, како долниот граничен опсег на инфрацрвениот извор на светлина (700~800 nm), опсегот на дефиниција на горната граница на изворот на инфрацрвена светлина е исто така неизвесен. Општо земено, тоа е околу 1 мм.

Еве неколку вообичаени дефиниции за инфрацрвениот опсег:

Блиски инфрацрвен спектрален регион (исто така наречен IR-A), опсег ~ 750-1400 nm.

Ласерите што се емитуваат во овој регион со бранова должина се склони кон проблеми со бучавата и безбедноста на човечкото око, бидејќи функцијата за фокусирање на човечкото око е компатибилна со опсегот на светлина од блиску до инфрацрвеното и видливото, така што изворот на светлина од блиската инфрацрвена лента може да се пренесе и фокусира на чувствителна мрежница на ист начин, но светлото со блиска инфрацрвена лента Не го активира заштитниот рефлекс на трепкање. Како резултат на тоа, мрежницата на човечкото око е оштетена од прекумерна енергија поради нечувствителност. Затоа, при користење на извори на светлина во оваа лента, целосно внимание треба да се посвети на заштитата на очите.

Инфрацрвена боја со кратка бранова должина (SWIR, IR-B) се движи од 1,4-3 μm.

Оваа област е релативно безбедна за очите бидејќи оваа светлина се апсорбира од окото пред да стигне до мрежницата. На пример, во овој регион работат засилувачи со влакна со допирање на ербиум што се користат во комуникациите со оптички влакна.

Опсегот на инфрацрвени зраци на среден бран (MWIR) е 3-8 μm.

Атмосферата покажува силна апсорпција во делови од регионот; многу атмосферски гасови ќе имаат линии на апсорпција во овој опсег, како што се јаглерод диоксид (CO2) и водена пареа (H2O). Исто така, бидејќи многу гасови покажуваат силна апсорпција во овој опсег Силните карактеристики на апсорпција го прават овој спектрален регион широко користен за откривање гас во атмосферата.

Инфрацрвениот опсег на долг бран (LWIR) е 8-15 μm.

Следно е далеку инфрацрвеното (FIR), кое се движи од 15 μm-1 mm (но има и дефиниции почнувајќи од 50 μm, видете ISO 20473). Овој спектрален регион првенствено се користи за термичко снимање.

Оваа статија има за цел да го разгледа изборот на широкопојасни ласери со бранови должини што можат да се подесат со извори на светлина од блиску до инфрацрвена до средно инфрацрвена светлина, кои може да ги вклучуваат горенаведените инфрацрвени кратки бранови должини (SWIR, IR-B, во опсег од 1,4-3 μm) и дел од инфрацрвен среден бран (MWIR, опсегот е 3-8 μm).

Типична апликација

Типична примена на изворите на светлина во овој опсег е идентификацијата на спектрите на апсорпција на ласер во гасовите во трагови (на пр. далечинско сензорирање во медицинската дијагноза и мониторингот на животната средина). Овде, анализата ги користи предностите на силните и карактеристични појаси на апсорпција на многу молекули во средно-инфрацрвениот спектрален регион, кои служат како „молекуларни отпечатоци од прсти“. Иако некои од овие молекули може да се проучат и преку пан-апсорпциони линии во блиско-инфрацрвениот регион, бидејќи изворите на блиску инфрацрвениот ласер се полесни за подготовка, има предности за користење на силни фундаментални линии на апсорпција во средно-инфрацрвениот регион со поголема чувствителност. .

Во средното инфрацрвено сликање, се користат и извори на светлина во овој опсег. Луѓето обично го користат фактот дека средно-инфрацрвената светлина може да навлезе подлабоко во материјалите и има помалку расејување. На пример, во соодветните апликации за хиперспектрално сликање, блиску инфрацрвено до средно инфрацрвено може да обезбеди спектрални информации за секој пиксел (или воксел).

Поради континуираниот развој на средно-инфрацрвените ласерски извори, како што се ласерите со влакна, апликациите за обработка на неметални ласерски материјали стануваат сè попрактични. Вообичаено, луѓето ја користат силната апсорпција на инфрацрвената светлина од одредени материјали, како што се полимерните филмови, за селективно отстранување на материјалите.

Типичен случај е тоа што проѕирните спроводливи филмови од индиум калај оксид (ITO) што се користат за електроди во електронски и оптоелектронски уреди треба да бидат структурирани со селективна ласерска аблација. Друг пример е прецизното соголување на облогите на оптичките влакна. Нивоата на моќност потребни во овој опсег за такви апликации обично се многу пониски од оние потребни за апликации како што е ласерското сечење.

Близу инфрацрвените до средно-инфрацрвени извори на светлина се користат и од војската за насочени инфрацрвени контрамерки против ракетите што бараат топлина. Покрај поголемата излезна моќност погодна за заслепувачки инфрацрвени камери, потребна е и широка спектрална покриеност во опсегот на атмосферскиот пренос (околу 3-4 μm и 8-13 μm) за да се спречат едноставните засечени филтри да ги заштитат инфрацрвените детектори.

Прозорецот за атмосферски пренос опишан погоре може да се користи и за оптички комуникации на слободен простор преку насочени зраци, а квантните каскадни ласери се користат во многу апликации за оваа намена.

Во некои случаи, потребни се средно-инфрацрвени ултракратки импулси. На пример, може да се користат чешли со средна инфрацрвена фреквенција во ласерска спектроскопија или да се искористат високите максимални интензитети на ултракратките импулси за ласирање. Ова може да се генерира со ласер со заклучен режим.

Конкретно, за извори на светлина од блиску до инфрацрвена до средно инфрацрвена светлина, некои апликации имаат посебни барања за скенирање на бранови должини или подесување на бранова должина, а ласерите што можат да се подесат со блиска до средна инфрацрвена бранова должина исто така играат исклучително важна улога во овие апликации.

На пример, во спектроскопијата, ласерите со средна инфрацрвена подесување се суштински алатки, без разлика дали станува збор за сензори за гас, за следење на животната средина или за хемиска анализа. Научниците ја прилагодуваат брановата должина на ласерот за прецизно да го позиционираат во средниот инфрацрвен опсег за да детектираат специфични линии на молекуларна апсорпција. На овој начин, тие можат да добијат детални информации за составот и својствата на материјата, како што е пукање книга со кодови полна со тајни.

На полето на медицинското сликање, значајна улога играат и средно-инфрацрвените прилагодливи ласери. Тие се широко користени во неинвазивни дијагностички и имиџинг технологии. Со прецизно подесување на брановата должина на ласерот, средно-инфрацрвената светлина може да навлезе во биолошкото ткиво, што резултира со слики со висока резолуција. Ова е важно за откривање и дијагностицирање на болести и абнормалности, како магична светлина која ѕирка во внатрешните тајни на човечкото тело.

Областа на одбраната и безбедноста е исто така неразделна од примената на ласери со средно инфрацрвени подесувања. Овие ласери играат клучна улога во инфрацрвените контрамерки, особено против ракетите што бараат топлина. На пример, Directional Infrared Countermeasures System (DIRCM) може да го заштити авионот од следење и напад од проектили. Со брзо прилагодување на брановата должина на ласерот, овие системи можат да се мешаат во системот за водење на дојдовните проектили и веднаш да го свртат бранот на битката, како магичен меч што го чува небото.

Технологијата за далечинско набљудување е важно средство за набљудување и следење на земјата, во која клучна улога играат инфрацрвените ласери кои можат да се подесуваат. Полињата како мониторингот на животната средина, атмосферското истражување и набљудувањето на Земјата се потпираат на употребата на овие ласери. Ласерите со средна инфрацрвена подесување им овозможуваат на научниците да измерат специфични линии на апсорпција на гасови во атмосферата, обезбедувајќи вредни податоци за да помогнат во истражувањето на климата, следењето на загадувањето и прогнозирањето на времето, како магично огледало што дава увид во мистериите на природата.

Во индустриски услови, ласерите со средно инфрацрвени подесувања се широко користени за прецизна обработка на материјали. Со подесување на ласерите на бранови должини кои силно се апсорбираат од одредени материјали, тие овозможуваат селективна аблација, сечење или заварување. Ова овозможува прецизно производство во области како што се електроника, полупроводници и микромашина. Ласерот што може да се прилагоди со средна инфрацрвена боја е како ситно полиран нож за резба, што и овозможува на индустријата да издлаби ситно врежани производи и да ја покаже брилијантноста на технологијата.