Laser inframerah hampir kepada inframerah pertengahan boleh melaras

Takrif julat spektrum yang berbeza.

Secara umumnya, apabila orang bercakap tentang sumber cahaya inframerah, mereka merujuk kepada cahaya dengan panjang gelombang vakum lebih besar daripada ~700–800 nm (had atas julat panjang gelombang yang boleh dilihat).

Had bawah panjang gelombang tertentu tidak ditakrifkan dengan jelas dalam perihalan ini kerana persepsi mata manusia terhadap inframerah perlahan-lahan berkurangan dan bukannya terputus di tebing.

Sebagai contoh, tindak balas cahaya pada 700 nm kepada mata manusia sudah sangat rendah, tetapi jika cahaya cukup kuat, mata manusia juga boleh melihat cahaya yang dipancarkan oleh beberapa diod laser dengan panjang gelombang melebihi 750 nm, yang juga menjadikan inframerah. laser risiko keselamatan. --Walaupun ia tidak begitu terang pada mata manusia, kuasa sebenarnya mungkin sangat tinggi.

Begitu juga, seperti julat had bawah sumber cahaya inframerah (700~800 nm), julat takrifan had atas sumber cahaya inframerah juga tidak pasti. Secara umumnya, ia adalah kira-kira 1 mm.

Berikut ialah beberapa definisi biasa bagi jalur inframerah:

Kawasan spektrum inframerah dekat (juga dipanggil IR-A), julat ~750-1400 nm.

Laser yang dipancarkan di rantau panjang gelombang ini terdedah kepada bunyi bising dan isu keselamatan mata manusia, kerana fungsi pemfokusan mata manusia serasi dengan julat cahaya inframerah dekat dan boleh dilihat, supaya sumber cahaya jalur inframerah dekat boleh dihantar dan difokuskan kepada retina sensitif dengan cara yang sama, tetapi cahaya jalur inframerah dekat Tidak mencetuskan refleks kelipan pelindung. Akibatnya, retina mata manusia rosak akibat tenaga yang berlebihan akibat ketidakpekaan. Oleh itu, apabila menggunakan sumber cahaya dalam jalur ini, perhatian penuh mesti diberikan kepada perlindungan mata.

Inframerah panjang gelombang pendek (SWIR, IR-B) berjulat dari 1.4-3 μm.

Kawasan ini agak selamat untuk mata kerana cahaya ini diserap oleh mata sebelum sampai ke retina. Contohnya, penguat gentian dop erbium yang digunakan dalam komunikasi gentian optik beroperasi di rantau ini.

Julat inframerah gelombang pertengahan (MWIR) ialah 3-8 μm.

Atmosfera menunjukkan penyerapan yang kuat di bahagian rantau; banyak gas atmosfera akan mempunyai garisan serapan dalam jalur ini, seperti karbon dioksida (CO2) dan wap air (H2O). Juga kerana banyak gas mempamerkan penyerapan yang kuat dalam jalur ini Ciri-ciri penyerapan yang kuat menjadikan kawasan spektrum ini digunakan secara meluas untuk pengesanan gas di atmosfera.

Julat inframerah gelombang panjang (LWIR) ialah 8-15 μm.

Seterusnya ialah inframerah jauh (FIR), yang berjulat dari 15 μm-1 mm (tetapi terdapat juga takrifan bermula dari 50 μm, lihat ISO 20473). Kawasan spektrum ini digunakan terutamanya untuk pengimejan terma.

Artikel ini bertujuan untuk membincangkan pemilihan laser panjang gelombang boleh tala jalur lebar dengan sumber cahaya inframerah dekat hingga inframerah pertengahan, yang mungkin termasuk inframerah gelombang pendek di atas (SWIR, IR-B, antara 1.4-3 μm) dan sebahagian daripada inframerah gelombang pertengahan (MWIR, julat 3-8 μm).

Aplikasi biasa

Aplikasi biasa sumber cahaya dalam jalur ini ialah pengenalpastian spektrum penyerapan laser dalam gas surih (cth. penderiaan jauh dalam diagnosis perubatan dan pemantauan alam sekitar). Di sini, analisis mengambil kesempatan daripada jalur penyerapan yang kuat dan berciri bagi banyak molekul dalam kawasan spektrum inframerah pertengahan, yang berfungsi sebagai "cap jari molekul". Walaupun seseorang juga boleh mengkaji beberapa molekul ini melalui garisan penyerapan pan di kawasan inframerah dekat, memandangkan sumber laser inframerah dekat lebih mudah disediakan, terdapat kelebihan untuk menggunakan garis penyerapan asas yang kuat di kawasan inframerah pertengahan dengan sensitiviti yang lebih tinggi. .

Dalam pengimejan inframerah pertengahan, sumber cahaya dalam jalur ini juga digunakan. Orang biasanya mengambil kesempatan daripada fakta bahawa cahaya inframerah pertengahan boleh menembusi lebih dalam ke dalam bahan dan mempunyai kurang serakan. Contohnya, dalam aplikasi pengimejan hiperspektral yang sepadan, inframerah dekat hingga inframerah pertengahan boleh memberikan maklumat spektrum untuk setiap piksel (atau voxel).

Disebabkan pembangunan berterusan sumber laser inframerah pertengahan, seperti laser gentian, aplikasi pemprosesan bahan laser bukan logam menjadi semakin praktikal. Biasanya, orang mengambil kesempatan daripada penyerapan cahaya inframerah yang kuat oleh bahan tertentu, seperti filem polimer, untuk mengeluarkan bahan secara selektif.

Kes biasa ialah filem konduktif telus indium tin oksida (ITO) yang digunakan untuk elektrod dalam peranti elektronik dan optoelektronik perlu distrukturkan dengan ablasi laser terpilih. Contoh lain ialah pelucutan salutan yang tepat pada gentian optik. Tahap kuasa yang diperlukan dalam jalur ini untuk aplikasi sedemikian biasanya jauh lebih rendah daripada yang diperlukan untuk aplikasi seperti pemotongan laser.

Sumber cahaya inframerah hampir kepada inframerah pertengahan juga digunakan oleh tentera untuk tindakan balas inframerah berarah terhadap peluru berpandu mencari haba. Selain kuasa keluaran yang lebih tinggi yang sesuai untuk kamera inframerah yang membutakan, liputan spektrum luas dalam jalur penghantaran atmosfera (sekitar 3-4 μm dan 8-13 μm) juga diperlukan untuk mengelakkan penapis bertakuk ringkas daripada melindungi pengesan inframerah.

Tingkap penghantaran atmosfera yang diterangkan di atas juga boleh digunakan untuk komunikasi optik ruang bebas melalui rasuk arah, dan laser lata kuantum digunakan dalam banyak aplikasi untuk tujuan ini.

Dalam sesetengah kes, nadi ultrashort inframerah pertengahan diperlukan. Sebagai contoh, seseorang boleh menggunakan sikat frekuensi inframerah pertengahan dalam spektroskopi laser, atau mengeksploitasi intensiti puncak tinggi denyutan ultrashort untuk pengelasan. Ini boleh dijana dengan laser terkunci mod.

Khususnya, untuk sumber cahaya inframerah dekat hingga inframerah pertengahan, sesetengah aplikasi mempunyai keperluan khas untuk mengimbas panjang gelombang atau kebolehtunaian panjang gelombang, dan laser boleh ditala panjang gelombang dekat inframerah hingga pertengahan inframerah juga memainkan peranan yang sangat penting dalam aplikasi ini.

Contohnya, dalam spektroskopi, laser boleh tala inframerah pertengahan adalah alat penting, sama ada dalam penderiaan gas, pemantauan alam sekitar atau analisis kimia. Para saintis melaraskan panjang gelombang laser untuk meletakkannya dengan tepat dalam julat inframerah pertengahan untuk mengesan garisan penyerapan molekul tertentu. Dengan cara ini, mereka boleh mendapatkan maklumat terperinci tentang komposisi dan sifat jirim, seperti memecahkan buku kod yang penuh dengan rahsia.

Dalam bidang pengimejan perubatan, laser boleh tala inframerah pertengahan juga memainkan peranan penting. Ia digunakan secara meluas dalam teknologi diagnostik dan pengimejan bukan invasif. Dengan menala panjang gelombang laser dengan tepat, cahaya inframerah pertengahan boleh menembusi tisu biologi, menghasilkan imej resolusi tinggi. Ini penting untuk mengesan dan mendiagnosis penyakit dan keabnormalan, seperti cahaya ajaib yang mengintip ke dalam rahsia dalaman tubuh manusia.

Bidang pertahanan dan keselamatan juga tidak dapat dipisahkan daripada penggunaan laser boleh tala pertengahan inframerah. Laser ini memainkan peranan penting dalam tindakan balas inframerah, terutamanya terhadap peluru berpandu mencari haba. Sebagai contoh, Directional Infrared Countermeasures System (DIRCM) boleh melindungi pesawat daripada dikesan dan diserang oleh peluru berpandu. Dengan cepat melaraskan panjang gelombang laser, sistem ini boleh mengganggu sistem panduan peluru berpandu masuk dan serta-merta mengubah arus pertempuran, seperti pedang ajaib yang menjaga langit.

Teknologi penderiaan jauh ialah cara penting untuk memerhati dan memantau bumi, di mana laser boleh tala inframerah memainkan peranan penting. Bidang seperti pemantauan alam sekitar, penyelidikan atmosfera, dan pemerhatian Bumi semuanya bergantung pada penggunaan laser ini. Laser boleh melaras inframerah pertengahan membolehkan saintis mengukur garisan penyerapan gas tertentu di atmosfera, menyediakan data berharga untuk membantu penyelidikan iklim, pemantauan pencemaran dan ramalan cuaca, seperti cermin ajaib yang memberikan pandangan tentang misteri alam semula jadi.

Dalam tetapan perindustrian, laser boleh tala pertengahan inframerah digunakan secara meluas untuk pemprosesan bahan ketepatan. Dengan menala laser kepada panjang gelombang yang kuat diserap oleh bahan tertentu, ia membolehkan ablasi terpilih, pemotongan atau kimpalan. Ini membolehkan pembuatan ketepatan dalam bidang seperti elektronik, semikonduktor dan pemesinan mikro. Laser boleh melaras inframerah pertengahan adalah seperti pisau ukiran yang digilap halus, membolehkan industri mengukir produk ukiran halus dan menunjukkan kecemerlangan teknologi.