Чи знаєте ви про твердотільні лазери середнього інфрачервоного діапазону? (Частина 1)

Середній інфрачервоний діапазонвідноситься до певної смуги в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль, через різні вимоги застосування, діапазон середньої інфрачервоної довжини хвилі має різні визначення в різних областях застосування. Міжнародна асоціація освітлення визначає середній інфрачервоний діапазон як 3-1000 мкм; У військових, як правило, обмежено 3-5 мкм; У сфері лазерної технології середній інфрачервоний діапазон довжин хвиль лазера зазвичай відноситься до діапазону 2-5 мкм.

(1) Космічний зв'язок

Середня інфрачервона смуга розташована у вікні поглинання атмосфери. Як видно з рисунка 1, у середньому інфрачервоному діапазоні пропускна здатність більшості довжин хвиль перевищує 60 відсотків, деякі з них досягають 90 відсотків, а невелика кількість довжин хвиль дуже низька через поглинання та пропускання. молекул CO2, H2O та O3. Таким чином, лазер середнього інфрачервоного діапазону може здійснювати передачу на великі відстані в атмосфері та має широкий спектр застосувань у дистанційному зондуванні, виявленні та інших областях.

Середня інфрачервона смуга 3-5 мкм — це вікно низьких втрат, слабкої турбулентності та слабкого фонового шуму атмосфери, яке може добре подолати вплив атмосферних каналів, і є ідеальною смугою для лазера на великій відстані спілкування в космосі.

Високошвидкісні дані для передачі кодуються та завантажуються на вихід оптичної несучої лазерним джерелом середнього інфрачервоного діапазону для формування лазерного сигналу середнього інфрачервоного діапазону, а потім посилюються оптичною потужністю та передавальною антеною для розширення променя. Метою розширення променя є стиснення кута розбіжності променя та зменшення втрати розбіжності лазерного променя в атмосфері, а потім передача через атмосферний канал до приймального кінця. Він передається приймальною антеною та перетворюється середнім інфрачервоним фотодетектором, а потім обробляється блоком обробки даних, таким як лінійний декодер, для отримання оригінальних високошвидкісних даних.

(2) Медичне застосування

Молекули води є важливою частиною біологічної тканини (спектр поглинання води показано на малюнку 3). Тепловий вплив молекул води на інтенсивне поглинання 19-2мкм лазера дозволяє досягти швидкого гемостазу та зменшити пошкодження тканин людини під час операції. Тому лазери цього діапазону широко використовуються в клінічній хірургії.

Випадки, які використовувалися в клінічній хірургії, включають резекцію доброякісних і злоякісних пухлин, таких як ангіокератома та пухлина головного мозку, операції на носі, такі як носові поліпи, фолікулярна гіперплазія задньої стінки глотки, гіпертрофія нижньої раковини, транспозиція ендометрія, залозистий цистит. , гіпертрофія передміхурової залози, літотрипсія, лазерна перфорація міокарда, синовіектомія суглоба, видалення кісти суглоба та інших м’яких тканин, лікування остеоартриту тощо.

Цей медичний метод має такі переваги, як менша або повна відсутність кровотечі, відсутність необхідності тампонади, невелика травма, швидке загоєння ушкодженої поверхні та простий хірургічний метод.

(3) Військове застосування

Технологія спрямованих інфрачервоних перешкод — це різновид технології активних інфрачервоних перешкод, коли лазерний промінь досягає певного коефіцієнта розширення променя, коли ракета наближається, пристрій стеження використовується для направлення енергії перешкод у напрямку вхідної ракети, викликаючи відмова ГСН і відхилення від цілі.

Військово-морська лабораторія Сполучених Штатів успішно розробила багатодіапазонну протикорабельну тактичну систему електронної боротьби (MATES) для Інтегрованої системи електронної боротьби (AIEWS), яка використовує джерело світла переважно в спектральному діапазоні середньохвильового інфрачервоного та дальнього діапазону. інфрачервоні лазерні пристрої.

(4) Промислова переробка

Прозорі пластики мають невелике поглинання в смузі 1 мкм, тоді як більшість органічних матеріалів мають достатнє поглинання в 2 мкм, тому їх можна безпосередньо використовувати для різання, зварювання, гравірування та інших видів обробки прозорих матеріалів. Із зростанням популярності технології лазерного 3D-друку виробництво 3D-друку прозорих органічних матеріалів розвиватиметься швидше.

(5) Моніторинг газу

У середньому інфрачервоному діапазоні зосереджені лінії поглинання великої кількості молекул газу, і його інтенсивність поглинання в 2-3 разів сильніша, ніж у ближньому інфрачервоному діапазоні. Таким чином, лазер середнього інфрачервоного діапазону має широкий діапазон цивільного значення в області виявлення слідів газу. Оскільки піки поглинання CO2, CH4 і C2H6 знаходяться в смугах 2,8 мкм, 3,2 мкм і 3,3 мкм відповідно, безперервний лазер середнього інфрачервоного діапазону може бути застосований для молекулярної спектроскопії для підвищення чутливості моніторингу слідових газів.

Технологія генерації твердотільного лазера середнього інфрачервоного діапазону

Для технології твердотільного лазера методи генерації середнього інфрачервоного діапазону можна розділити на технологію прямого випромінювання легованих іонів і технологію нелінійного перетворення.

Пряме випромінювання легованих іонів — це випромінювання фотонів середнього інфрачервоного діапазону через перехід рівня енергії іонів. Звичайні твердотільні активатори включають рідкоземельні іони (Tm3 plus, Ho3 plus, Er3 plus тощо) та іони перехідних металів (Fe2 plus, Cr2 plus тощо).

Методи нелінійного перетворення частоти включають різницеву частоту, оптичні параметричні коливання та вимушене комбінаційне розсіювання, які в основному визначаються властивостями нелінійних кристалів.

(1) Твердотільний лазер, легований тулієм

Смуга випромінювання тулієвого лазера знаходиться на піку поглинання молекул води (1.92-1,94 мкм), тому тулієвий лазер є перспективним медичним лазером із високою ефективністю та низьким термічним пошкодженням при застосуванні в хірургії. Крім того, леговані тулієм лазери можна використовувати як джерела накачування для лазерних систем із легованим гольмієм і параметричних лазерів середнього інфрачервоного діапазону.

Пік поглинання матеріалів, легованих тулієм, становить близько 790 нм, що підходить для напівпровідникової накачки. Звичайні матричні матеріали, леговані тулієм, включають YAG, YLF, LuAG, YAP тощо. Останніми роками також широко вивчалися нові підсилювальні середовища на основі півторнооксидної кераміки, такі як Tm: Lu2O3 і Tm:(Lu, Sc)2O3. .

Рівень енергії іона тулію розширюється під дією кристалічного поля матеріалу матриці, а ширина рівня енергії та інтервал смуги різні, але основні характеристики подібні, а лінії спектру випромінювання в основному зосереджені в діапазоні 1.9-2.1 мкм. Регульований вихід із вузькою шириною лінії можна досягти шляхом налаштування таких елементів, як об’ємна решітка Брегга з її широким спектром флуоресценції.

Контактна інформація:

Якщо у вас є якісь ідеї, не соромтеся поговорити з нами. Незалежно від того, де знаходяться наші клієнти та які наші вимоги, ми будемо слідувати нашій меті надавати нашим клієнтам високу якість, низькі ціни та найкращий сервіс.