Yaxın infraqırmızıdan orta infraqırmızıya qədər tənzimlənən lazerlər

Müxtəlif spektral diapazon tərifləri.

Ümumiyyətlə, insanlar infraqırmızı işıq mənbələri haqqında danışarkən, ~700-800 nm-dən (görünən dalğa uzunluğu diapazonunun yuxarı həddi) vakuum dalğa uzunluğuna malik işığı nəzərdə tuturlar.

Xüsusi dalğa uzunluğunun aşağı həddi bu təsvirdə aydın şəkildə müəyyən edilməyib, çünki insan gözünün infraqırmızı qavrayışı uçurumda kəsilmək əvəzinə yavaş-yavaş azalır.

Məsələn, 700 nm-də işığın insan gözünə reaksiyası onsuz da çox aşağıdır, lakin işıq kifayət qədər güclüdürsə, insan gözü hətta dalğa uzunluğu 750 nm-dən çox olan bəzi lazer diodlarının yaydığı işığı da görə bilir ki, bu da infraqırmızı lazerlər təhlükəsizlik riskidir. --İnsan gözü üçün çox parlaq olmasa belə, onun faktiki gücü çox yüksək ola bilər.

Eynilə, infraqırmızı işıq mənbəyinin aşağı hədd diapazonu (700~800 nm) kimi, infraqırmızı işıq mənbəyinin yuxarı həddi təyinetmə diapazonu da qeyri-müəyyəndir. Ümumiyyətlə, təxminən 1 mm-dir.

İnfraqırmızı bandın bəzi ümumi tərifləri bunlardır:

Yaxın infraqırmızı spektral bölgə (həmçinin IR-A adlanır), diapazon ~750-1400 nm.

Bu dalğa uzunluğu bölgəsində yayılan lazerlər səs-küyə və insan gözünün təhlükəsizliyi problemlərinə meyllidir, çünki insan gözünün fokuslanması funksiyası yaxın infraqırmızı və görünən işıq diapazonlarına uyğundur, beləliklə, yaxın infraqırmızı zolaqlı işıq mənbəyi ötürülə və fokuslana bilər. həssas retina eyni şəkildə, lakin yaxın infraqırmızı bant işığı Qoruyucu qırpma refleksini tetiklemez. Nəticədə, insan gözünün tor qişası həssaslıq səbəbindən həddindən artıq enerji ilə zədələnir. Buna görə də, bu bandda işıq mənbələrindən istifadə edərkən, gözlərin qorunmasına tam diqqət yetirilməlidir.

Qısa dalğa uzunluğu infraqırmızı (SWIR, IR-B) 1,4-3 μm arasında dəyişir.

Bu bölgə gözlər üçün nisbətən təhlükəsizdir, çünki bu işıq retinaya çatmazdan əvvəl göz tərəfindən udulur. Məsələn, bu bölgədə fiber optik rabitədə istifadə olunan erbium qatqılı fiber gücləndiricilər fəaliyyət göstərir.

Orta dalğa infraqırmızı (MWIR) diapazonu 3-8 μm-dir.

Atmosfer regionun bəzi yerlərində güclü udma göstərir; bir çox atmosfer qazlarının bu zolağında karbon dioksid (CO2) və su buxarı (H2O) kimi udma xətləri olacaqdır. Həmçinin bir çox qazlar bu zolaqda güclü udma nümayiş etdirdiyinə görə Güclü udma xüsusiyyətləri bu spektral bölgəni atmosferdə qazın aşkarlanması üçün geniş şəkildə istifadə etməyə imkan verir.

Uzun dalğa infraqırmızı (LWIR) diapazonu 8-15 μm-dir.

Sonrakı 15 μm-1 mm arasında dəyişən uzaq infraqırmızıdır (FIR) (lakin 50 μm-dən başlayan təriflər də var, ISO 20473-ə baxın). Bu spektral bölgə ilk növbədə termal görüntüləmə üçün istifadə olunur.

Bu məqalə yuxarıdakı qısa dalğalı infraqırmızı (SWIR, IR-B, 1,4-3 μm arasında dəyişir) və bir hissəsi daxil ola bilən yaxın infraqırmızı və orta infraqırmızı işıq mənbələri ilə genişzolaqlı tənzimlənən dalğa uzunluğu lazerlərinin seçimini müzakirə etmək məqsədi daşıyır. orta dalğa infraqırmızı (MWIR, diapazonu 3-8 μm-dir).

Tipik tətbiq

Bu zolaqda işıq mənbələrinin tipik tətbiqi iz qazlarında lazer udma spektrlərinin müəyyən edilməsidir (məsələn, tibbi diaqnostikada və ətraf mühitin monitorinqində uzaqdan zondlama). Burada təhlil "molekulyar barmaq izləri" kimi xidmət edən orta infraqırmızı spektral bölgədə bir çox molekulların güclü və xarakterik udma zolaqlarından istifadə edir. Bu molekulların bəzilərini yaxın infraqırmızı bölgədə pan-absorbsiya xətləri vasitəsilə də tədqiq etmək mümkün olsa da, yaxın infraqırmızı lazer mənbələrini hazırlamaq daha asan olduğundan, daha yüksək həssaslıqla orta infraqırmızı bölgədə güclü fundamental udma xətlərindən istifadə etməyin üstünlükləri var. .

Orta infraqırmızı təsvirdə bu diapazondakı işıq mənbələri də istifadə olunur. İnsanlar adətən orta infraqırmızı işığın materiallara daha dərindən nüfuz edə bilməsindən və daha az səpələnməsindən istifadə edirlər. Məsələn, müvafiq hiperspektral görüntüləmə tətbiqlərində yaxın infraqırmızıdan orta infraqırmızıya hər piksel (və ya voksel) üçün spektral məlumat verə bilər.

Fiber lazerlər kimi orta infraqırmızı lazer mənbələrinin davamlı inkişafı sayəsində qeyri-metal lazer materiallarının emal tətbiqləri getdikcə daha praktik hala gəlir. Tipik olaraq, insanlar materialları seçici şəkildə çıxarmaq üçün müəyyən materiallar, məsələn, polimer filmlər tərəfindən infraqırmızı işığın güclü udulmasından istifadə edirlər.

Tipik bir hal ondan ibarətdir ki, elektron və optoelektronik cihazlarda elektrodlar üçün istifadə olunan indium qalay oksidi (ITO) şəffaf keçirici filmlər seçici lazer ablasiyası ilə strukturlaşdırılmalıdır. Başqa bir nümunə, optik liflər üzərində örtüklərin dəqiq soyulmasıdır. Belə tətbiqlər üçün bu diapazonda tələb olunan güc səviyyələri adətən lazer kəsmə kimi tətbiqlər üçün tələb olunanlardan çox aşağıdır.

Yaxın infraqırmızı və orta infraqırmızı işıq mənbələri hərbçilər tərəfindən istilik axtaran raketlərə qarşı istiqamətli infraqırmızı əks tədbirlər üçün də istifadə olunur. İnfraqırmızı kameraları korlamaq üçün uyğun olan daha yüksək çıxış gücünə əlavə olaraq, sadə çentikli filtrlərin infraqırmızı detektorların qorunmasının qarşısını almaq üçün atmosfer ötürmə zolağı daxilində (təxminən 3-4 μm və 8-13 μm) geniş spektral əhatə dairəsi də tələb olunur.

Yuxarıda təsvir edilən atmosfer ötürmə pəncərəsi istiqamətli şüalar vasitəsilə boş məkanda optik rabitə üçün də istifadə edilə bilər və kvant kaskad lazerləri bu məqsədlə bir çox tətbiqlərdə istifadə olunur.

Bəzi hallarda orta infraqırmızı ultraqısa impulslar tələb olunur. Məsələn, lazer spektroskopiyasında orta infraqırmızı tezlikli daraqlardan istifadə edilə bilər və ya lasing üçün ultraqısa impulsların yüksək pik intensivliyindən istifadə edilə bilər. Bu, rejim kilidli lazerlə yaradıla bilər.

Xüsusilə, yaxın infraqırmızı və orta infraqırmızı işıq mənbələri üçün bəzi tətbiqlərdə dalğa uzunluqlarının skan edilməsi və ya dalğa uzunluğunun tənzimlənməsi üçün xüsusi tələblər var və yaxın infraqırmızıdan orta infraqırmızı dalğa uzunluğuna uyğunlaşdırıla bilən lazerlər də bu tətbiqlərdə son dərəcə mühüm rol oynayır.

Məsələn, spektroskopiyada orta infraqırmızı tənzimlənən lazerlər qazın tədqiqində, ətraf mühitin monitorinqində və ya kimyəvi analizdə vacib alətlərdir. Alimlər xüsusi molekulyar udma xətlərini aşkar etmək üçün lazerin dalğa uzunluğunu orta infraqırmızı diapazonda dəqiq şəkildə yerləşdirmək üçün tənzimləyirlər. Beləliklə, sirlərlə dolu bir kod kitabını sındırmaq kimi maddənin tərkibi və xüsusiyyətləri haqqında ətraflı məlumat əldə edə bilərlər.

Tibbi görüntüləmə sahəsində orta infraqırmızı tənzimlənən lazerlər də mühüm rol oynayır. Onlar qeyri-invaziv diaqnostika və görüntüləmə texnologiyalarında geniş istifadə olunur. Lazerin dalğa uzunluğunu dəqiq tənzimləməklə, orta infraqırmızı işıq bioloji toxumaya nüfuz edə bilər və nəticədə yüksək keyfiyyətli təsvirlər əldə edilir. Bu, insan bədəninin daxili sirlərinə nəzər salan sehrli bir işıq kimi xəstəliklər və anormallıqların aşkarlanması və diaqnozu üçün vacibdir.

Müdafiə və təhlükəsizlik sahəsi də orta infraqırmızı tənzimlənən lazerlərin tətbiqindən ayrılmazdır. Bu lazerlər xüsusilə istilik axtaran raketlərə qarşı infraqırmızı əks tədbirlərdə əsas rol oynayır. Məsələn, İstiqamətli İnfraqırmızı Əks Tədbirlər Sistemi (DIRCM) təyyarələri izləməkdən və raketlərin hücumundan qoruya bilər. Lazerin dalğa uzunluğunu cəld tənzimləyərək, bu sistemlər daxil olan raketlərin istiqamətləndirmə sisteminə müdaxilə edə və səmanı qoruyan sehrli qılınc kimi döyüşün gedişatını dərhal dəyişdirə bilər.

Uzaqdan zondlama texnologiyası infraqırmızı tənzimlənən lazerlərin əsas rol oynadığı yerin müşahidəsi və monitorinqinin mühüm vasitəsidir. Ətraf mühitin monitorinqi, atmosfer tədqiqatları və Yerin müşahidəsi kimi sahələr bu lazerlərin istifadəsinə əsaslanır. Orta infraqırmızı tənzimlənə bilən lazerlər elm adamlarına atmosferdə qazların xüsusi udulma xətlərini ölçməyə imkan verir, təbiətin sirlərini başa düşməyə imkan verən sehrli güzgü kimi iqlim tədqiqatlarına, çirklənmənin monitorinqinə və hava proqnozuna kömək etmək üçün qiymətli məlumatlar təqdim edir.

Sənaye parametrlərində orta infraqırmızı tənzimlənən lazerlər materialın dəqiq işlənməsi üçün geniş istifadə olunur. Lazerləri müəyyən materiallar tərəfindən güclü şəkildə udulan dalğa uzunluqlarına uyğunlaşdırmaqla onlar seçmə ablasyon, kəsmə və ya qaynaq etməyə imkan verir. Bu, elektronika, yarımkeçiricilər və mikro emal kimi sahələrdə dəqiq istehsala imkan verir. Orta infraqırmızı tənzimlənə bilən lazer incə cilalanmış oyma bıçağına bənzəyir, sənayeyə incə oyma məhsulları oymağa və texnologiyanın parlaqlığını göstərməyə imkan verir.