Жақын инфрақызылдан орта инфрақызылға дейін реттелетін лазерлер

Әртүрлі спектрлік диапазон анықтамалары.

Жалпы алғанда, адамдар инфрақызыл жарық көздері туралы айтқанда, олар толқын ұзындығы ~ 700–800 нм (көрінетін толқын ұзындығы диапазонының жоғарғы шегі) асатын вакуумдық толқынды жарыққа сілтеме жасайды.

Бұл сипаттамада нақты толқын ұзындығының төменгі шегі нақты анықталмаған, өйткені адам көзінің инфрақызыл сәулелерді қабылдауы жартастан үзілмей, баяу төмендейді.

Мысалы, 700 нм жарықтың адам көзіне реакциясы қазірдің өзінде өте төмен, бірақ егер жарық жеткілікті күшті болса, адам көзі тіпті толқын ұзындығы 750 нм-ден асатын кейбір лазерлік диодтар шығаратын жарықты көре алады, бұл инфрақызыл сәулелерді де жасайды. лазерлер қауіпсіздікке қауіп төндіреді. --Адамның көзіне аса жарық болмаса да, оның нақты қуаты өте жоғары болуы мүмкін.

Сол сияқты, инфрақызыл жарық көзінің төменгі шекті диапазоны (700~800 нм) сияқты, инфрақызыл жарық көзінің жоғарғы шекті анықтау диапазоны да белгісіз. Жалпы алғанда, бұл шамамен 1 мм.

Міне, инфрақызыл диапазонның кейбір жалпы анықтамалары:

Жақын инфрақызыл спектрлік аймақ (IR-A деп те аталады), диапазоны ~750-1400 нм.

Осы толқын ұзындығы аймағында шығарылатын лазерлер шуылға және адам көзінің қауіпсіздігіне қатысты мәселелерге бейім, өйткені адам көзін фокустау функциясы жақын инфрақызыл және көрінетін жарық диапазондарымен үйлесімді, осылайша жақын инфрақызыл диапазондағы жарық көзі осы аймаққа жіберіліп, фокусталуы мүмкін. сезімтал сетчатка дәл осылай, бірақ жақын инфрақызыл диапазон шамы Қорғаныш жыпылықтау рефлексін тудырмайды. Нәтижесінде адам көзінің тор қабығы сезімталдықтың салдарынан шамадан тыс энергиядан зақымдалады. Сондықтан осы жолақтағы жарық көздерін пайдаланған кезде көзді қорғауға толық назар аудару керек.

Қысқа толқын ұзындығы инфрақызыл (SWIR, IR-B) 1,4-3 мкм аралығында.

Бұл аймақ көзге салыстырмалы түрде қауіпсіз, себебі бұл жарық көз торына жеткенге дейін сіңеді. Мысалы, осы аймақта талшықты-оптикалық байланыста қолданылатын эрбий қосылған талшықты күшейткіштер жұмыс істейді.

Орташа толқынды инфрақызыл (MWIR) диапазоны 3-8 мкм.

Атмосфера аймақтың кейбір бөліктерінде күшті сіңіруді көрсетеді; көптеген атмосфералық газдардың осы жолақта көмірқышқыл газы (CO2) және су буы (H2O) сияқты сіңіру сызықтары болады. Сондай-ақ, көптеген газдар осы жолақта күшті жұтуды көрсететіндіктен Күшті сіңіру сипаттамалары бұл спектрлік аймақты атмосферада газды анықтау үшін кеңінен қолданылады.

Ұзын толқынды инфрақызыл (LWIR) диапазоны 8-15 мкм.

Одан әрі алыс инфрақызыл (FIR), ол 15 мкм-1 мм аралығында болады (бірақ 50 мкм-ден басталатын анықтамалар да бар, ISO 20473 қараңыз). Бұл спектрлік аймақ негізінен термиялық бейнелеу үшін қолданылады.

Бұл мақала жоғарыда келтірілген қысқа толқынды инфрақызыл (SWIR, IR-B, 1,4-3 мкм аралығында) және бір бөлігін қамтуы мүмкін жақын инфрақызыл және орта инфрақызыл жарық көздері бар кең жолақты реттелетін толқын ұзындығы лазерлерін таңдауды талқылауға бағытталған. орта толқынды инфрақызыл (MWIR, диапазоны 3-8 мкм).

Типтік қолдану

Бұл жолақтағы жарық көздерін әдеттегі қолдану микрогаздардағы лазерлік сіңіру спектрлерін анықтау болып табылады (мысалы, медициналық диагностикада және қоршаған ортаны бақылауда қашықтықтан зондтау). Мұнда талдау «молекулалық саусақ іздері» қызметін атқаратын орта инфрақызыл спектрлік аймақтағы көптеген молекулалардың күшті және тән жұтылу жолақтарын пайдаланады. Бұл молекулалардың кейбірін жақын инфрақызыл аймақтағы пан-абсорбция сызықтары арқылы да зерттеуге болады, жақын инфрақызыл лазер көздерін дайындау оңайырақ болғандықтан, сезімталдығы жоғары ортаңғы инфрақызыл аймақта күшті іргелі абсорбция сызықтарын пайдаланудың артықшылықтары бар. .

Орташа инфрақызыл бейнелеуде осы жолақтағы жарық көздері де қолданылады. Адамдар әдетте орта инфрақызыл сәуленің материалдарға тереңірек еніп, шашырауы аз болатынын пайдаланады. Мысалы, сәйкес гиперспектральды бейнелеу қолданбаларында жақын инфрақызыл және орта инфрақызыл әрбір пиксел (немесе воксель) үшін спектрлік ақпаратты бере алады.

Талшықты лазерлер сияқты орта инфрақызыл лазер көздерінің үздіксіз дамуының арқасында металл емес лазерлік материалдарды өңдеу қолданбалары барған сайын практикалық болып келеді. Әдетте, адамдар материалдарды іріктеп алып тастау үшін полимерлі пленкалар сияқты белгілі бір материалдардың инфрақызыл сәуленің күшті жұтылуын пайдаланады.

Әдеттегі жағдай электронды және оптоэлектрондық құрылғылардағы электродтар үшін қолданылатын индий қалайы оксиді (ITO) мөлдір өткізгіш пленкаларды таңдамалы лазерлік абляция арқылы құрылымдау қажет. Тағы бір мысал - оптикалық талшықтардағы жабындарды дәл тазарту. Мұндай қолданбалар үшін осы жолақта талап етілетін қуат деңгейлері, әдетте, лазерлік кесу сияқты қолданбалар үшін талап етілетіннен әлдеқайда төмен.

Жақын инфрақызыл және орта инфрақызыл жарық көздерін әскерилер жылуды іздейтін зымырандарға қарсы бағытталған инфрақызыл қарсы шаралар үшін де пайдаланады. Инфрақызыл камераларды соқыр ету үшін жарамды жоғары шығыс қуатына қоса, қарапайым ойық сүзгілердің инфрақызыл детекторларды қорғауын болдырмау үшін атмосфералық тарату диапазонындағы кең спектрлік қамту (шамамен 3-4 мкм және 8-13 мкм) қажет.

Жоғарыда сипатталған атмосфералық тарату терезесін бағытталған сәулелер арқылы бос кеңістіктегі оптикалық байланыстар үшін де пайдалануға болады, ал кванттық каскадты лазерлер осы мақсат үшін көптеген қолданбаларда қолданылады.

Кейбір жағдайларда орташа инфрақызыл ультра қысқа импульстар қажет. Мысалы, лазерлік спектроскопияда орташа инфрақызыл жиілікті тарақтарды қолдануға немесе лазерлік сәулелену үшін ультра қысқа импульстердің жоғары шыңы қарқындылығын пайдалануға болады. Мұны режим құлыпталған лазермен жасауға болады.

Атап айтқанда, жақын инфрақызыл және орта инфрақызыл жарық көздері үшін кейбір қолданбаларда толқын ұзындығын сканерлеу немесе толқын ұзындығын реттеуге арналған арнайы талаптар бар және жақын инфрақызыл және орта инфрақызыл толқын ұзындығына реттелетін лазерлер де осы қолданбаларда өте маңызды рөл атқарады.

Мысалы, спектроскопияда орташа инфрақызыл реттелетін лазерлер газды анықтауда, қоршаған ортаны бақылауда немесе химиялық талдауда маңызды құрал болып табылады. Ғалымдар арнайы молекулалық сіңіру сызықтарын анықтау үшін лазердің толқын ұзындығын орта инфрақызыл диапазонда дәл орналастыру үшін реттейді. Осылайша, олар құпияға толы кодтық кітапты ашу сияқты заттардың құрамы мен қасиеттері туралы толық ақпаратты ала алады.

Медициналық бейнелеу саласында орта инфрақызыл реттелетін лазерлер де маңызды рөл атқарады. Олар инвазивті емес диагностикалық және бейнелеу технологияларында кеңінен қолданылады. Лазердің толқын ұзындығын дәл баптау арқылы ортаңғы инфрақызыл сәуле биологиялық тіндерге еніп, жоғары ажыратымдылықтағы кескіндерді береді. Бұл адам ағзасының ішкі құпиясына үңілетін сиқырлы жарық сияқты аурулар мен ауытқуларды анықтау және диагностикалау үшін маңызды.

Қорғаныс және қауіпсіздік саласы да орта инфрақызыл реттелетін лазерлерді қолданудан бөлінбейді. Бұл лазерлер инфрақызыл қарсы шараларда, әсіресе жылуды іздейтін зымырандарға қарсы маңызды рөл атқарады. Мысалы, бағытты инфрақызыл қарсы шаралар жүйесі (DIRCM) ұшақтарды бақылаудан және зымырандардың шабуылынан қорғай алады. Лазердің толқын ұзындығын жылдам реттей отырып, бұл жүйелер келіп түсетін зымырандардың бағыттау жүйесіне кедергі келтіріп, аспанды күзететін сиқырлы қылыш сияқты шайқас толқынын бірден бұра алады.

Қашықтан зондтау технологиясы жерді бақылау мен бақылаудың маңызды құралы болып табылады, онда инфрақызыл реттелетін лазерлер басты рөл атқарады. Қоршаған ортаны бақылау, атмосфераны зерттеу және Жерді бақылау сияқты салалар осы лазерлерді қолдануға негізделген. Орташа инфрақызыл реттелетін лазерлер ғалымдарға атмосферадағы газдардың белгілі бір сіңіру сызықтарын өлшеуге мүмкіндік береді, табиғат құпияларын түсінуге мүмкіндік беретін сиқырлы айна сияқты климатты зерттеуге, ластануды бақылауға және ауа-райын болжауға көмектесетін құнды деректер береді.

Өнеркәсіптік жағдайларда орта инфрақызыл реттелетін лазерлер материалды дәл өңдеу үшін кеңінен қолданылады. Лазерлерді белгілі бір материалдар қатты сіңіретін толқын ұзындықтарына баптау арқылы олар селективті абляцияға, кесуге немесе дәнекерлеуге мүмкіндік береді. Бұл электроника, жартылай өткізгіштер және микро өңдеу сияқты салаларда дәлдікпен өндіріске мүмкіндік береді. Орташа инфрақызыл бапталатын лазер жақсы жылтыратылған ою пышағына ұқсайды, бұл салаға жұқа ойылған бұйымдарды кесуге және технологияның тамашалығын көрсетуге мүмкіндік береді.