Блиски инфрацрвени до средње инфрацрвени подесиви ласери

Различите дефиниције спектралног опсега.

Уопштено говорећи, када људи говоре о инфрацрвеним изворима светлости, они мисле на светлост са таласним дужинама вакуума већим од ~700–800 нм (горња граница опсега видљивих таласних дужина).

Доња граница специфичне таласне дужине није јасно дефинисана у овом опису јер се перцепција инфрацрвеног зрачења људског ока полако смањује, а не сече на литици.

На пример, одзив светлости на 700 нм на људско око је већ веома низак, али ако је светлост довољно јака, људско око може чак и да види светлост коју емитују неке ласерске диоде са таласним дужинама већим од 750 нм, што такође ствара инфрацрвену ласери представљају безбедносни ризик. --Чак и ако људском оку није много светла, његова стварна моћ може бити веома велика.

Слично, као доњи гранични опсег инфрацрвеног извора светлости (700~800 нм), горња граница дефиниције извора инфрацрвене светлости је такође неизвесна. Уопштено говорећи, то је око 1 мм.

Ево неких уобичајених дефиниција инфрацрвеног опсега:

Блиски инфрацрвени спектар (такође назван ИР-А), опсег ~750-1400 нм.

Ласери који се емитују у овом региону таласне дужине су склони буци и проблемима безбедности људског ока, јер је функција фокусирања људског ока компатибилна са опсегом блиске инфрацрвене и видљиве светлости, тако да извор светлости блиског инфрацрвеног опсега може да се преноси и фокусира на осетљива ретина на исти начин, али светло у блиском инфрацрвеном опсегу Не покреће заштитни рефлекс трептања. Као резултат тога, ретина људског ока је оштећена прекомерном енергијом због неосетљивости. Због тога, када користите изворе светлости у овом опсегу, пуна пажња се мора посветити заштити очију.

Инфрацрвене дужине кратких таласа (СВИР, ИР-Б) у опсегу од 1,4-3 μм.

Ово подручје је релативно безбедно за очи јер ову светлост апсорбује око пре него што стигне до мрежњаче. На пример, у овом региону раде појачивачи влакана допираних ербијумом који се користе у оптичким комуникацијама.

Средњоталасни инфрацрвени опсег (МВИР) је 3-8 μм.

Атмосфера показује јаку апсорпцију у деловима региона; многи атмосферски гасови ће имати апсорпционе линије у овом појасу, као што су угљен-диоксид (ЦО2) и водена пара (Х2О). Такође зато што многи гасови показују јаку апсорпцију у овом опсегу. Снажне карактеристике апсорпције чине да се овај спектрални регион широко користи за детекцију гасова у атмосфери.

Дуготаласни инфрацрвени (ЛВИР) опсег је 8-15 μм.

Следећи је далеко инфрацрвени (ФИР), који се креће од 15 μм-1 мм (али постоје и дефиниције које почињу од 50 μм, видети ИСО 20473). Овај спектрални регион се првенствено користи за термичко снимање.

Овај чланак има за циљ да дискутује о избору широкопојасних подесивих ласера ​​таласне дужине са блиско инфрацрвеним до средњим инфрацрвеним изворима светлости, који могу укључивати горње инфрацрвене краткоталасне дужине (СВИР, ИР-Б, у распону од 1,4-3 μм) и део средњеталасни инфрацрвени (МВИР, распон је 3-8 μм).

Типична примена

Типична примена извора светлости у овом опсегу је идентификација спектра ласерске апсорпције у гасовима у траговима (нпр. даљинско испитивање у медицинској дијагнози и надгледању животне средине). Овде анализа користи предности јаких и карактеристичних апсорпционих трака многих молекула у средњем инфрацрвеном спектралном региону, који служе као "молекуларни отисци прстију". Иако се неки од ових молекула могу проучавати и кроз пан-апсорпционе линије у блиском инфрацрвеном региону, пошто су ласерски извори близу инфрацрвеног зрачења лакши за припрему, постоје предности коришћења јаких основних апсорпционих линија у средњем инфрацрвеном региону са већом осетљивошћу .

У средњем инфрацрвеном снимању такође се користе извори светлости у овом опсегу. Људи обично користе чињеницу да средња инфрацрвена светлост може продрети дубље у материјале и да има мање расипање. На пример, у одговарајућим апликацијама за хиперспектралну слику, блиско инфрацрвено до средње инфрацрвено може да пружи спектралне информације за сваки пиксел (или воксел).

Због континуираног развоја ласерских извора средњег инфрацрвеног спектра, као што су ласери са влакнима, апликације за обраду неметалних ласерских материјала постају све практичније. Обично људи користе предност снажне апсорпције инфрацрвене светлости од стране одређених материјала, као што су полимерни филмови, да би селективно уклонили материјале.

Типичан случај је да провидни проводни филмови од индијум-калај оксида (ИТО) који се користе за електроде у електронским и оптоелектронским уређајима морају бити структурирани селективном ласерском аблацијом. Други пример је прецизно скидање премаза на оптичким влакнима. Нивои снаге потребни у овом опсегу за такве апликације су обично много нижи од оних потребних за апликације као што је ласерско сечење.

Блиско инфрацрвене до средње инфрацрвене изворе светлости војска такође користи за усмерене инфрацрвене противмере против ракета које траже топлоту. Поред веће излазне снаге погодне за заслепљивање инфрацрвених камера, потребна је и широка спектрална покривеност у опсегу атмосферског преноса (око 3-4 μм и 8-13 μм) како би се спречило да једноставни филтери са зарезима заштите инфрацрвене детекторе.

Прозор за атмосферски пренос који је горе описан може се користити и за оптичке комуникације у слободном простору преко усмерених зрака, а квантни каскадни ласери се користе у многим апликацијама за ову сврху.

У неким случајевима су потребни средњи инфрацрвени ултракратки импулси. На пример, могли би се користити чешљеви средње инфрацрвене фреквенције у ласерској спектроскопији, или искористити високе вршне интензитете ултракратких импулса за ласер. Ово се може генерисати ласером са закључавањем мода.

Конкретно, за блиско инфрацрвене до средње инфрацрвене изворе светлости, неке апликације имају посебне захтеве за скенирање таласних дужина или подесивост таласне дужине, а ласери са подесивим таласним дужинама од блиског до средњег инфрацрвеног такође играју изузетно важну улогу у овим апликацијама.

На пример, у спектроскопији, средње инфрацрвени подесиви ласери су суштински алати, било у сензорима гаса, праћењу животне средине или хемијској анализи. Научници прилагођавају таласну дужину ласера ​​како би га прецизно позиционирали у средњем инфрацрвеном опсегу како би открили специфичне молекуларне апсорпционе линије. На овај начин могу да добију детаљне информације о саставу и својствима материје, као што је разбијање шифрарника пуне тајни.

У области медицинског снимања, средње инфрацрвени подесиви ласери такође играју важну улогу. Они се широко користе у неинвазивним дијагностичким и сликовним технологијама. Прецизним подешавањем таласне дужине ласера, средња инфрацрвена светлост може да продре у биолошко ткиво, што резултира сликама високе резолуције. Ово је важно за откривање и дијагностиковање болести и абнормалности, попут магичне светлости која завирује у унутрашње тајне људског тела.

Област одбране и безбедности је такође неодвојива од примене средње инфрацрвених подесивих ласера. Ови ласери играју кључну улогу у инфрацрвеним противмерама, посебно против ракета које траже топлоту. На пример, систем усмерених инфрацрвених противмера (ДИРЦМ) може да заштити авионе од праћења и напада пројектилима. Брзим подешавањем таласне дужине ласера, ови системи могу да ометају систем навођења надолазећих пројектила и тренутно преокрену ток битке, попут магичног мача који чува небо.

Технологија даљинске детекције је важно средство за посматрање и праћење земље, у којој инфрацрвени подесиви ласери играју кључну улогу. Поља као што су праћење животне средине, истраживање атмосфере и посматрање Земље ослањају се на употребу ових ласера. Средњи инфрацрвени подесиви ласери омогућавају научницима да мере специфичне апсорпционе линије гасова у атмосфери, обезбеђујући драгоцене податке који помажу у истраживању климе, праћењу загађења и прогнози времена, попут магичног огледала које пружа увид у мистерије природе.

У индустријским окружењима, средње инфрацрвени подесиви ласери се широко користе за прецизну обраду материјала. Подешавањем ласера ​​на таласне дужине које одређени материјали снажно апсорбују, они омогућавају селективну аблацију, сечење или заваривање. Ово омогућава прецизну производњу у областима као што су електроника, полупроводници и микромашинска обрада. Средњи инфрацрвени подесиви ласер је попут фино полираног ножа за резбарење, омогућавајући индустрији да изрезује фино изрезбарене производе и покаже бриљантност технологије.