Зашто су класичне инфрацрвене таласне дужине 808нм, 1064нм и 1550нм?

1. Извор светлости (ласер)

Основне компоненте аласерможе се поделити на три дела: пумпни извор (који обезбеђује енергију за постизање инверзије популације у радном медију); радни медијум (који има одговарајућу структуру енергетског нивоа која омогућава инверзију популације под дејством пумпе, омогућавајући електронима да пређу са високих енергетских нивоа на нижи ниво и ослобађају енергију у облику фотона); и резонантна шупљина.

Особине радног медија одређују таласну дужину емитоване ласерске светлости.

Главни ласер са таласном дужином од 808 нм је полупроводнички ласер. Енергија појасног појаса полупроводника одређује таласну дужину емитоване ласерске светлости, чинећи 808нм релативно уобичајеном радном таласном дужином. Тип полупроводничког ласера ​​од 808 нм је такође један од најранијих и најинтензивније истражених. Његов активни регион се састоји од материјала који садрже алуминијум (као што је ИнАлГаАс) или материјала без алуминијума (као што је ГаАсП). Овај тип ласера ​​нуди предности као што су ниска цена, висока ефикасност и дуг животни век.

1064нм је такође класична таласна дужина за ласере у чврстом стању. Радни материјал је неодимијум (Нд) допиран ИАГ (итријум алуминијум гранат И3АИ5012) кристал. Јони алуминијума у ​​ИАГ кристалу синергистички делују са Нд-допираним катјонима, стварајући одговарајућу просторну структуру и структуру енергетског појаса. Под дејством енергије побуде, Нд катјони се побуђују у побуђено стање, пролазећи радиоактивне транзиције и генеришући ласер. Штавише, Нд:ИАГ кристали нуде одличну стабилност и релативно дуг радни век.

Ласери од 1550нм се такође могу генерисати помоћу полупроводничких ласера. Обично коришћени полупроводнички материјали укључују ИнГаАсП, ИнГаАсН и ИнГаАлАс.

2. Употреба и апликације

Инфрацрвени опсег има бројне примене, као што су оптичке комуникације, здравствена заштита, биомедицинско снимање, ласерска обрада и још много тога.

Узмимо оптичке комуникације као пример. Тренутне комуникације са оптичким влакнима користе кварцна влакна. Да бисмо осигурали да светлост може да преноси информације на велике удаљености без губитка, морамо размотрити које се таласне дужине светлости најбоље преносе кроз влакно.

У блиском инфрацрвеном опсегу, губитак обичног кварцног влакна се смањује са повећањем таласне дужине, искључујући врхове апсорпције нечистоћа. Три „прозора“ таласне дужине са веома малим губитком постоје на 0,85 μм, 1,31 μм и 1,55 μм. Емисиона таласна дужина ласерског извора светлости и одзив таласне дужине фотодиоде фотодетектора морају бити усклађени са ова три прозора таласних дужина. Конкретно, у лабораторијским условима, губитак на 1,55 μм достигао је 0,1419 дБ/км, приближавајући се теоријској граници губитка за кварцно влакно.

Светлост у овом опсегу таласних дужина може релативно добро да продре у биолошко ткиво и има примену у областима као што је фототермална терапија. На пример, Иуе ет ал. конструисали наночестице циљане на хепарин-фолат користећи цијанинску блиску инфрацрвену боју ИР780, која има максималну таласну дужину апсорпције од приближно 780 нм и таласну дужину емисије од 807 нм. При концентрацији од 10 мг/мЛ, ласерско зрачење (808 нм ласер, густина снаге 0,6 В/цм²) током 2 минута повећало је температуру са 23°Ц на 42°Ц. Доза од 1,4 мг/кг је примењена мишевима који су носили туморе МЦФ-7 позитивне на фолне рецепторе, а тумори су озрачени ласерском светлошћу од 808 нм (0,8 В/цм²) током 5 минута. Током наредних дана примећено је значајно смањење тумора.

Остале апликације укључују инфрацрвени лидар. Тренутни опсег таласне дужине од 905 нм има слабе могућности интерференције у времену и недовољан продор у кишу и маглу. Ласерско зрачење на 1,5 μм пада у атмосферски прозор од 1,5–1,8 μм, што резултира ниским слабљењем у ваздуху. Штавише, 905 нм спада у опсег који је опасан за очи, што захтева ограничење снаге да би се минимизирала штета. Међутим, 1550 нм је безбедно за очи, па налази примену и у лидару.

Укратко,ласерина овим таласним дужинама су и зрели и исплативи, и показују одличне перформансе у различитим применама. Комбиновани ови фактори довели су до широке употребе ласера ​​на овим таласним дужинама.