Kodėl klasikiniai infraraudonųjų spindulių bangos ilgiai yra 808 nm, 1064 nm ir 1550 nm?

1. Šviesos šaltinis (lazeris)

Pagrindiniai komponentai alazerisgalima suskirstyti į tris dalis: siurblio šaltinį (kuris tiekia energiją populiacijos inversijai darbinėje terpėje pasiekti); darbinė terpė (kuri turi tinkamą energijos lygio struktūrą, kuri įgalina populiacijos inversiją veikiant siurbliui, leidžianti elektronams pereiti nuo aukšto energijos lygio į žemesnį lygį ir išlaisvinti energiją fotonų pavidalu); ir rezonansinė ertmė.

Darbo terpės savybės lemia skleidžiamos lazerio šviesos bangos ilgį.

Pagrindinis lazeris, kurio bangos ilgis yra 808 nm, yra puslaidininkinis lazeris. Puslaidininkio juostos tarpo energija lemia skleidžiamos lazerio šviesos bangos ilgį, todėl 808 nm yra gana dažnas veikimo bangos ilgis. 808 nm puslaidininkinis lazeris taip pat yra vienas iš ankstyviausių ir intensyviausiai tyrinėtų. Jo aktyviąją sritį sudaro arba aliuminio turinčios medžiagos (pvz., InAlGaAs), arba medžiagos be aliuminio (pvz., GaAsP). Šio tipo lazeriai pasižymi tokiais pranašumais kaip maža kaina, didelis efektyvumas ir ilgas tarnavimo laikas.

1064 nm taip pat yra klasikinis kietojo kūno lazerių bangos ilgis. Darbinė medžiaga yra neodimiu (Nd) legiruotas YAG (itrio aliuminio granatas Y3AI5012) kristalas. Aliuminio jonai YAG kristale sąveikauja sinergiškai su Nd legiruotais katijonais, sukurdami tinkamą erdvinę struktūrą ir energijos juostos struktūrą. Veikiant sužadinimo energijai, Nd katijonai sužadinami į sužadinimo būseną, vyksta radioaktyvūs perėjimai ir generuojamas lazeravimas. Be to, Nd:YAG kristalai užtikrina puikų stabilumą ir gana ilgą tarnavimo laiką.

1550 nm lazerius taip pat galima generuoti naudojant puslaidininkinius lazerius. Dažniausiai naudojamos puslaidininkinės medžiagos yra InGaAsP, InGaAsN ir InGaAlAs.

2. Naudojimas ir programos

Infraraudonųjų spindulių juosta turi daug pritaikymų, tokių kaip optiniai ryšiai, sveikatos priežiūra, biomedicininis vaizdavimas, apdorojimas lazeriu ir kt.

Paimkite optinį ryšį kaip pavyzdį. Dabartinės šviesolaidinės komunikacijos naudoja kvarco pluoštą. Siekdami užtikrinti, kad šviesa galėtų perduoti informaciją dideliais atstumais be nuostolių, turime apsvarstyti, kurių bangos ilgių šviesa geriausiai perduodama per pluoštą.

Infraraudonųjų spindulių juostoje įprasto kvarco pluošto praradimas mažėja didėjant bangos ilgiui, neįskaitant priemaišų sugerties smailių. Trys bangos ilgio „langai“ su labai mažais nuostoliais yra 0,85 μm, 1,31 μm ir 1,55 μm. Šviesos šaltinio lazerio spinduliuotės bangos ilgis ir fotodetektoriaus fotodiodo bangos ilgio atsakas turi sutapti su šiais trimis bangos ilgio langais. Konkrečiai, laboratorinėmis sąlygomis 1,55 μm nuostoliai pasiekė 0,1419 dB/km, artėjant prie teorinės kvarco pluošto nuostolių ribos.

Šio bangos ilgio diapazono šviesa gali palyginti gerai prasiskverbti pro biologinius audinius ir yra pritaikyta tokiose srityse kaip fototerminė terapija. Pavyzdžiui, Yue ir kt. sukonstravo heparino folato tikslines nanodaleles, naudodamas cianino artimųjų infraraudonųjų spindulių dažiklį IR780, kurio didžiausias absorbcijos bangos ilgis yra maždaug 780 nm, o emisijos bangos ilgis - 807 nm. Esant 10 mg/ml koncentracijai, lazerio švitinimas (808 nm lazeris, 0,6 W/cm² galios tankis) 2 minutes padidino temperatūrą nuo 23°C iki 42°C. Pelėms, turinčioms folio rūgšties receptorių teigiamus MCF-7 navikus, buvo skirta 1,4 mg/kg dozė, o navikai 5 minutes buvo apšvitinti 808 nm lazerio šviesa (0,8 W/cm²). Per kitas dienas buvo pastebėtas reikšmingas naviko susitraukimas.

Kitos programos apima infraraudonųjų spindulių lidarą. Dabartinė 905 nm bangos ilgio juosta turi silpnas oro trukdžių galimybes ir nepakankamai prasiskverbia į lietų ir rūką. 1,5 μm lazerio spinduliuotė patenka į 1,5–1,8 μm atmosferos langą, todėl oras silpnėja. Be to, 905 nm patenka į akims pavojingą juostą, todėl norint sumažinti žalą, reikia riboti galią. Tačiau 1550 nm yra saugus akims, todėl jis taip pat randa pritaikymą lidar.

Apibendrinant,lazeriaiŠiais bangos ilgiais jie yra brandūs ir ekonomiški, be to, jie puikiai veikia įvairiose srityse. Šie veiksniai kartu paskatino plačiai naudoti lazerius šiuose bangos ilgiuose.