Infraraudonųjų artimųjų ir vidutinių infraraudonųjų spindulių derinami lazeriai

Įvairūs spektro diapazono apibrėžimai.

Paprastai kalbant, kai žmonės kalba apie infraraudonųjų spindulių šviesos šaltinius, jie turi omenyje šviesą, kurios vakuumo bangos ilgis didesnis nei ~700–800 nm (viršutinė matomo bangos ilgio diapazono riba).

Apatinė konkretaus bangos ilgio riba šiame aprašyme nėra aiškiai apibrėžta, nes žmogaus akies infraraudonųjų spindulių suvokimas lėtai mažėja, o ne nutrūksta prie uolos.

Pavyzdžiui, 700 nm šviesos atsakas į žmogaus akį jau yra labai menkas, bet jei šviesa pakankamai stipri, žmogaus akis gali matyti net kai kurių lazerinių diodų skleidžiamą šviesą, kurios bangos ilgis viršija 750 nm, o tai taip pat daro infraraudonuosius spindulius. lazeriai kelia pavojų saugai. - Net jei jis nėra labai ryškus žmogaus akiai, jo tikroji galia gali būti labai didelė.

Panašiai, kaip ir apatinis infraraudonųjų spindulių šviesos šaltinio ribinis diapazonas (700–800 nm), infraraudonųjų spindulių šviesos šaltinio viršutinės ribos apibrėžimo diapazonas taip pat neaiškus. Paprastai tai yra apie 1 mm.

Štai keletas bendrų infraraudonųjų spindulių juostos apibrėžimų:

Infraraudonųjų spindulių spektro sritis (dar vadinama IR-A), diapazonas ~750-1400 nm.

Šioje bangos ilgio srityje skleidžiami lazeriai yra linkę į triukšmą ir žmogaus akių saugos problemas, nes žmogaus akies fokusavimo funkcija yra suderinama su artimos infraraudonosios ir matomos šviesos diapazonais, todėl artimosios infraraudonosios juostos šviesos šaltinis gali būti perduodamas ir sufokusuotas į jautri tinklainė taip pat, tačiau artimos infraraudonųjų spindulių juostos šviesa nesukelia apsauginio mirksėjimo reflekso. Dėl to žmogaus akies tinklainė dėl nejautrumo pažeidžiama perteklinės energijos. Todėl naudojant šios juostos šviesos šaltinius, visą dėmesį reikia skirti akių apsaugai.

Trumpojo infraraudonųjų spindulių bangos ilgio (SWIR, IR-B) diapazonas yra 1,4-3 μm.

Ši sritis yra gana saugi akims, nes šią šviesą akis sugeria prieš pasiekiant tinklainę. Pavyzdžiui, šiame regione veikia šviesolaidiniuose ryšiuose naudojami erbiu legiruoti skaiduliniai stiprintuvai.

Vidutinės bangos infraraudonųjų spindulių (MWIR) diapazonas yra 3-8 μm.

Kai kuriose regiono dalyse atmosfera stipriai sugeria; Daugelis atmosferos dujų turės absorbcijos linijas šioje juostoje, pavyzdžiui, anglies dioksido (CO2) ir vandens garų (H2O). Taip pat todėl, kad daugelis dujų pasižymi stipria absorbcija šioje juostoje Dėl stiprių sugerties charakteristikų ši spektrinė sritis plačiai naudojama dujų aptikimui atmosferoje.

Ilgosios bangos infraraudonųjų spindulių (LWIR) diapazonas yra 8-15 μm.

Kitas yra tolimasis infraraudonasis spinduliavimas (FIR), kuris svyruoja nuo 15 μm iki 1 mm (tačiau yra ir apibrėžimų, pradedant nuo 50 μm, žr. ISO 20473). Ši spektrinė sritis pirmiausia naudojama šiluminiam vaizdavimui.

Šio straipsnio tikslas – aptarti plačiajuosčio derinamo bangos ilgio lazerių pasirinkimą su artimo infraraudonųjų ir vidutinių infraraudonųjų spindulių šviesos šaltiniais, kurie gali apimti pirmiau minėtus trumpojo ilgio infraraudonuosius spindulius (SWIR, IR-B, svyruoja nuo 1,4–3 μm) ir dalį vidutinės bangos infraraudonųjų spindulių (MWIR, diapazonas yra 3-8 μm).

Tipiškas pritaikymas

Tipiškas šviesos šaltinių taikymas šioje juostoje yra lazerio sugerties spektrų identifikavimas pėdsakų dujose (pvz., nuotolinis stebėjimas atliekant medicininę diagnostiką ir aplinkos stebėjimą). Čia analizė naudojasi stipriomis ir būdingomis daugelio vidutinio infraraudonųjų spindulių spektro srityje esančių molekulių sugerties juostomis, kurios tarnauja kaip „molekuliniai pirštų atspaudai“. Nors kai kurias iš šių molekulių taip pat galima tirti per visos sugerties linijas artimojo infraraudonųjų spindulių srityje, kadangi artimųjų infraraudonųjų spindulių lazerio šaltinius paruošti lengviau, yra pranašumų naudojant stiprias pagrindines sugerties linijas vidutinio infraraudonųjų spindulių srityje, kurių jautrumas yra didesnis. .

Vidutinio infraraudonųjų spindulių vaizdavime taip pat naudojami šios juostos šviesos šaltiniai. Žmonės dažniausiai naudojasi tuo, kad vidutinė infraraudonųjų spindulių šviesa gali prasiskverbti giliau į medžiagas ir turi mažesnę sklaidą. Pavyzdžiui, atitinkamose hiperspektrinio vaizdo gavimo programose artimojo ir vidutinio infraraudonųjų spindulių diapazonas gali pateikti kiekvieno pikselio (arba vokselio) spektrinę informaciją.

Dėl nuolatinio vidutinio infraraudonųjų spindulių lazerinių šaltinių, tokių kaip pluoštiniai lazeriai, tobulinimo, nemetalinių lazerinių medžiagų apdorojimo programos tampa vis praktiškesnės. Paprastai žmonės, norėdami pasirinktinai pašalinti medžiagas, naudojasi stipriu tam tikrų medžiagų, pavyzdžiui, polimerinių plėvelių, infraraudonųjų spindulių sugerimu.

Įprastas atvejis yra tai, kad indžio alavo oksido (ITO) skaidrios laidžios plėvelės, naudojamos elektroninių ir optoelektroninių prietaisų elektrodams, turi būti struktūrizuotos selektyvios lazerinės abliacijos būdu. Kitas pavyzdys – tikslus optinių skaidulų dangų nuėmimas. Tokioms reikmėms šioje juostoje reikalingi galios lygiai paprastai yra daug mažesni nei reikalingi tokiems darbams kaip pjovimas lazeriu.

Beveik infraraudonųjų ir vidutinių infraraudonųjų spindulių šviesos šaltinius kariuomenė taip pat naudoja kryptinėms infraraudonųjų spindulių atsako priemonėms prieš šilumos ieškančias raketas. Be didesnės išėjimo galios, tinkamos akinamoms infraraudonųjų spindulių kameroms, taip pat reikalinga plati spektrinė aprėptis atmosferos perdavimo juostoje (apie 3–4 μm ir 8–13 μm), kad paprasti filtrai neapsaugotų infraraudonųjų spindulių detektorių.

Aukščiau aprašytas atmosferos perdavimo langas taip pat gali būti naudojamas laisvos erdvės optiniams ryšiams per kryptinius pluoštus, o kvantiniai kaskadiniai lazeriai šiuo tikslu naudojami daugelyje programų.

Kai kuriais atvejais reikalingi vidutinio infraraudonųjų spindulių ultratrumpieji impulsai. Pavyzdžiui, lazerinėje spektroskopijoje galima naudoti vidutinio infraraudonųjų spindulių dažnio šukas arba išnaudoti aukštą ultratrumpų impulsų intensyvumą lazeravimui. Tai galima sugeneruoti lazeriu su režimu.

Visų pirma, artimųjų infraraudonųjų ir vidutinių infraraudonųjų spindulių šviesos šaltiniams kai kurioms programoms taikomi specialūs bangos ilgių skenavimo arba bangos ilgio derinimo reikalavimai, o artimųjų infraraudonųjų ir vidutinių infraraudonųjų spindulių bangos ilgio derinami lazeriai taip pat atlieka labai svarbų vaidmenį šiose programose.

Pavyzdžiui, spektroskopijoje vidutinio infraraudonųjų spindulių derinami lazeriai yra būtini įrankiai, nesvarbu, ar tai būtų dujų jutimas, aplinkos stebėjimas ar cheminė analizė. Mokslininkai koreguoja lazerio bangos ilgį, kad tiksliai nustatytų jo padėtį vidutinio infraraudonųjų spindulių diapazone, kad aptiktų konkrečias molekulinės sugerties linijas. Tokiu būdu jie gali gauti išsamios informacijos apie materijos sudėtį ir savybes, pavyzdžiui, perlaužti paslapčių kupiną kodų knygą.

Medicininio vaizdo gavimo srityje svarbų vaidmenį atlieka ir vidutinio infraraudonųjų spindulių derinami lazeriai. Jie plačiai naudojami neinvazinėse diagnostikos ir vaizdo gavimo technologijose. Tiksliai sureguliavus lazerio bangos ilgį, vidutinė infraraudonųjų spindulių šviesa gali prasiskverbti į biologinį audinį, todėl gaunami didelės raiškos vaizdai. Tai svarbu norint aptikti ir diagnozuoti ligas ir anomalijas, tarsi stebuklinga šviesa, žvelgianti į vidines žmogaus kūno paslaptis.

Gynybos ir saugumo sritis taip pat neatsiejama nuo vidutinio infraraudonųjų spindulių derinamų lazerių taikymo. Šie lazeriai atlieka pagrindinį vaidmenį infraraudonųjų spindulių atsakomosiose priemonėse, ypač prieš šilumos ieškančias raketas. Pavyzdžiui, kryptinė infraraudonųjų spindulių atsakomųjų priemonių sistema (DIRCM) gali apsaugoti orlaivius nuo raketų sekimo ir atakų. Greitai reguliuodamos lazerio bangos ilgį, šios sistemos gali trukdyti įplaukiančių raketų valdymo sistemai ir akimirksniu pasukti mūšio bangą, tarsi stebuklingas kardas, saugantis dangų.

Nuotolinio stebėjimo technologija yra svarbi Žemės stebėjimo ir stebėjimo priemonė, kurioje infraraudonųjų spindulių derinami lazeriai atlieka pagrindinį vaidmenį. Tokios sritys kaip aplinkos stebėjimas, atmosferos tyrimai ir Žemės stebėjimas priklauso nuo šių lazerių naudojimo. Vidutinio infraraudonųjų spindulių derinami lazeriai leidžia mokslininkams išmatuoti konkrečias atmosferoje esančių dujų sugerties linijas ir gauti vertingų duomenų, padedančių tirti klimatą, stebėti taršą ir prognozuoti orus, kaip stebuklingas veidrodis, suteikiantis įžvalgų apie gamtos paslaptis.

Pramoninėje aplinkoje vidutinio infraraudonųjų spindulių derinami lazeriai plačiai naudojami tiksliam medžiagų apdorojimui. Suderinus lazerius prie bangos ilgių, kuriuos stipriai sugeria tam tikros medžiagos, jie įgalina selektyvią abliaciją, pjovimą ar suvirinimą. Tai leidžia tiksliai gaminti tokiose srityse kaip elektronika, puslaidininkiai ir mikroapdirbimas. Vidutinio infraraudonųjų spindulių derinamas lazeris yra tarsi smulkiai poliruotas drožybos peilis, leidžiantis pramonei iškirpti smulkiai raižytus gaminius ir parodyti technologijos blizgesį.