Зошто класичните инфрацрвени бранови должини се 808 nm, 1064 nm и 1550 nm?

1. Извор на светлина (ласерски)

Основните компоненти на аласерскиможе да се подели на три дела: извор на пумпа (кој обезбедува енергија за да се постигне инверзија на населението во работниот медиум); работен медиум (кој има соодветна структура на енергетско ниво што овозможува инверзија на населението под дејство на пумпата, дозволувајќи им на електроните да преминат од високо енергетски нивоа на пониско ниво и да ослободуваат енергија во форма на фотони); и резонантна празнина.

Својствата на работниот медиум ја одредуваат брановата должина на емитирана ласерска светлина.

Главниот ласер со бранова должина од 808 nm е полупроводнички ласер. Енергијата на јазот на појасот на полупроводникот ја одредува брановата должина на емитирана ласерска светлина, со што 808 nm е релативно вообичаена работна бранова должина. Типот на полупроводнички ласер од 808 nm е исто така еден од најраните и најинтензивно истражуваните. Неговиот активен регион се состои или од материјали што содржат алуминиум (како што се InAlGaAs) или материјали без алуминиум (како што е GaAsP). Овој тип на ласер нуди предности како што се ниска цена, висока ефикасност и долг животен век.

1064nm е исто така класична бранова должина за ласери со цврста состојба. Работниот материјал е неодимиум (Nd) допиран YAG (итриум алуминиумски гранат Y3AI5012) кристал. Алуминиумските јони во кристалот YAG синергистички комуницираат со катјоните допирани со Nd, создавајќи соодветна просторна структура и структура на енергетскиот опсег. Под дејство на енергијата на возбудувањето, катјоните Nd се возбудуваат во возбудена состојба, подложени на радиоактивни транзиции и генерирање на лазирање. Понатаму, кристалите Nd:YAG нудат одлична стабилност и релативно долг работен век.

Ласерите од 1550 nm може да се генерираат и со помош на полупроводнички ласери. Најчесто користени полупроводнички материјали вклучуваат InGaAsP, InGaAsN и InGaAlAs.

2. Употреба и апликации

Инфрацрвениот опсег има бројни апликации, како што се оптички комуникации, здравствена заштита, биомедицинско снимање, ласерска обработка и многу повеќе.

Земете ги оптичките комуникации како пример. Тековните комуникации со оптички влакна користат кварцни влакна. За да се осигураме дека светлината може да носи информации на долги растојанија без загуба, мора да размислиме кои бранови должини на светлина најдобро се пренесуваат преку влакното.

Во блиската инфрацрвена лента, загубата на обичните кварцни влакна се намалува со зголемување на брановата должина, со исклучок на врвовите на апсорпција на нечистотии. Три „прозорци“ со бранова должина со многу мала загуба постојат на 0,85 μm, 1,31 μm и 1,55 μm. Брановата должина на емисијата на ласерот со извор на светлина и брановата должина на фотодиодата на фотодетекторот мора да се усогласат со овие три прозорци со бранова должина. Поточно, во лабораториски услови, загубата од 1,55 μm достигна 0,1419 dB/km, приближувајќи се до теоретската граница на загуби за кварцните влакна.

Светлината во овој опсег на бранова должина може релативно добро да навлезе во биолошкото ткиво и има примена во области како што е фототермалната терапија. На пример, Yue et al. конструирани наночестички насочени кон хепарин-фолат користејќи цијанинска блиско-инфрацрвена боја IR780, која има максимална бранова должина на апсорпција од приближно 780 nm и бранова должина на емисија од 807 nm. При концентрација од 10 mg/mL, ласерското зрачење (808 nm ласер, 0,6 W/cm² густина на моќност) за 2 минути ја зголеми температурата од 23°C на 42°C. Доза од 1,4 mg/kg беше администрирана на глувци со тумори MCF-7 позитивни на рецептор на фолати, а туморите беа озрачени со 808 nm ласерска светлина (0,8 W/cm²) за 5 минути. Во текот на следните денови беше забележано значително намалување на туморот.

Други апликации вклучуваат инфрацрвен лидар. Сегашната бранова должина од 905 nm има слаби можности за временски пречки и недоволна пенетрација во дожд и магла. Ласерското зрачење на 1,5 μm паѓа во атмосферскиот прозорец од 1,5-1,8 μm, што резултира со мало слабеење во воздухот. Понатаму, 905 nm спаѓаат во опасниот опсег за очи, што бара ограничување на моќноста за да се минимизира штетата. Сепак, 1550 nm е безбеден за очи, така што наоѓа апликации и во lidar.

Накратко,ласерина овие бранови должини се и зрели и исплатливи, и тие покажуваат одлични перформанси во различни апликации. Овие фактори заедно доведоа до широка употреба на ласери во овие бранови должини.