Yakın kızılötesinden orta kızılötesine kadar ayarlanabilir lazerler

Farklı spektral aralık tanımları.

Genel olarak konuşursak, insanlar kızılötesi ışık kaynaklarından bahsettiklerinde ~700–800 nm'den (görünür dalga boyu aralığının üst sınırı) daha büyük vakum dalga boylarına sahip ışıktan bahsediyorlar.

Spesifik dalga boyu alt sınırı bu açıklamada açıkça tanımlanmamıştır çünkü insan gözünün kızılötesi algısı bir uçurumda kesilmek yerine yavaş yavaş azalır.

Örneğin 700 nm'deki ışığın insan gözünün tepkisi zaten çok düşük, ancak ışık yeterince güçlüyse, dalga boyu 750 nm'yi aşan bazı lazer diyotların yaydığı ışığı bile insan gözü görebilir, bu da kızılötesi yapar. lazerler güvenlik riski taşır. --İnsan gözüne çok parlak gelmese bile gerçek gücü çok yüksek olabilir.

Benzer şekilde, kızılötesi ışık kaynağının alt sınır aralığı (700~800 nm) gibi, kızılötesi ışık kaynağının üst sınır tanım aralığı da belirsizdir. Genel olarak konuşursak, yaklaşık 1 mm'dir.

Kızılötesi bandın bazı yaygın tanımları şunlardır:

Yakın kızılötesi spektral bölge (ayrıca IR-A olarak da adlandırılır), ~750-1400 nm aralığı.

Bu dalga boyu bölgesinde yayılan lazerler, gürültüye ve insan gözü güvenliği sorunlarına eğilimlidir, çünkü insan gözünün odaklanma işlevi, yakın kızılötesi ve görünür ışık aralıklarıyla uyumludur, böylece yakın kızılötesi bant ışık kaynağı, yakın kızılötesi bant ışık kaynağına iletilebilir ve odaklanabilir. Aynı şekilde retina hassastır ancak yakın kızılötesi bant ışığı koruyucu göz kırpma refleksini tetiklemez. Bunun sonucunda insan gözünün retinası duyarsızlıktan dolayı aşırı enerjiden zarar görür. Bu nedenle bu banttaki ışık kaynaklarını kullanırken göz korumasına azami dikkat gösterilmelidir.

Kısa dalga boyu kızılötesi (SWIR, IR-B) aralığı 1,4-3 μm arasındadır.

Bu bölge gözler için nispeten güvenlidir çünkü bu ışık retinaya ulaşmadan önce göz tarafından emilir. Örneğin fiber optik iletişimde kullanılan erbiyum katkılı fiber amplifikatörler bu bölgede çalışmaktadır.

Orta dalga kızılötesi (MWIR) aralığı 3-8 μm'dir.

Atmosfer, bölgenin bazı kısımlarında güçlü bir emilim göstermektedir; Karbon dioksit (CO2) ve su buharı (H2O) gibi birçok atmosferik gazın bu bantta soğurma çizgileri olacaktır. Ayrıca birçok gazın bu bantta güçlü absorpsiyon göstermesi nedeniyle Güçlü absorpsiyon özellikleri, bu spektral bölgenin atmosferdeki gaz tespiti için yaygın olarak kullanılmasını sağlar.

Uzun dalga kızılötesi (LWIR) aralığı 8-15 μm'dir.

Daha sonra 15 μm-1 mm arasında değişen uzak kızılötesi (FIR) gelir (ancak 50 μm'den başlayan tanımlar da vardır, bkz. ISO 20473). Bu spektral bölge öncelikle termal görüntüleme için kullanılır.

Bu makale, yukarıdaki kısa dalga boylu kızılötesini (SWIR, IR-B, 1,4-3 μm arasında değişen) ve lazerin bir kısmını içerebilen, yakın kızılötesinden orta kızılötesine kadar ışık kaynaklarına sahip geniş bant ayarlanabilir dalga boyuna sahip lazerlerin seçimini tartışmayı amaçlamaktadır. orta dalga kızılötesi (MWIR, 3-8 μm aralığındadır).

Sıradan uygulama

Bu banttaki ışık kaynaklarının tipik bir uygulaması, eser gazlardaki lazer absorpsiyon spektrumlarının tanımlanmasıdır (örneğin, tıbbi teşhiste ve çevresel izlemede uzaktan algılama). Burada analiz, orta kızılötesi spektral bölgedeki birçok molekülün "moleküler parmak izleri" görevi gören güçlü ve karakteristik absorpsiyon bantlarından yararlanır. Her ne kadar bu moleküllerden bazıları yakın kızılötesi bölgedeki pan soğurma çizgileri aracılığıyla da çalışılabilse de, yakın kızılötesi lazer kaynaklarının hazırlanması daha kolay olduğundan, orta kızılötesi bölgede daha yüksek hassasiyetle güçlü temel soğurma çizgileri kullanmanın avantajları vardır. .

Orta kızılötesi görüntülemede de bu banttaki ışık kaynakları kullanılmaktadır. İnsanlar genellikle orta kızılötesi ışığın malzemelerin daha derinlerine nüfuz edebilmesi ve daha az saçılım göstermesi gerçeğinden yararlanır. Örneğin, ilgili hiperspektral görüntüleme uygulamalarında, yakın kızılötesinden orta kızılötesine kadar her piksel (veya voksel) için spektral bilgi sağlanabilir.

Fiber lazerler gibi orta kızılötesi lazer kaynaklarının sürekli geliştirilmesi nedeniyle, metalik olmayan lazer malzeme işleme uygulamaları giderek daha pratik hale geliyor. Tipik olarak insanlar, malzemeleri seçici olarak çıkarmak için kızılötesi ışığın polimer filmler gibi belirli malzemeler tarafından güçlü bir şekilde emilmesinden yararlanır.

Tipik bir durum, elektronik ve optoelektronik cihazlardaki elektrotlar için kullanılan indiyum kalay oksit (ITO) şeffaf iletken filmlerin seçici lazer ablasyon yoluyla yapılandırılmasının gerekli olmasıdır. Bir başka örnek ise optik fiberlerin üzerindeki kaplamaların hassas şekilde soyulmasıdır. Bu tür uygulamalar için bu bantta gerekli olan güç seviyeleri genellikle lazer kesim gibi uygulamalar için gerekli olanlardan çok daha düşüktür.

Yakın kızılötesi ila orta kızılötesi ışık kaynakları, ordu tarafından ısı güdümlü füzelere karşı yönlü kızılötesi karşı önlemler için de kullanılır. Kör kızılötesi kameralara uygun daha yüksek çıkış gücüne ek olarak, basit çentikli filtrelerin kızılötesi dedektörleri korumasını önlemek için atmosferik iletim bandındaki geniş spektral kapsama alanı (yaklaşık 3-4 μm ve 8-13 μm) da gereklidir.

Yukarıda açıklanan atmosferik iletim penceresi aynı zamanda yönlü ışınlar aracılığıyla serbest uzay optik iletişimleri için de kullanılabilir ve kuantum kademeli lazerler bu amaç için birçok uygulamada kullanılır.

Bazı durumlarda orta kızılötesi ultra kısa darbelere ihtiyaç duyulur. Örneğin, lazer spektroskopisinde orta kızılötesi frekans tarakları kullanılabilir veya lazerleme için ultra kısa darbelerin yüksek tepe yoğunluklarından yararlanılabilir. Bu, mod kilitli bir lazerle oluşturulabilir.

Özellikle, yakın kızılötesi ila orta kızılötesi ışık kaynakları için, bazı uygulamaların dalga boylarının taranması veya dalga boyu ayarlanabilirliği için özel gereksinimleri vardır ve yakın kızılötesi ila orta kızılötesi dalga boyu ayarlanabilir lazerler de bu uygulamalarda son derece önemli bir rol oynar.

Örneğin, spektroskopide orta kızılötesi ayarlanabilir lazerler, ister gaz algılamada, ister çevresel izlemede, ister kimyasal analizde olsun, temel araçlardır. Bilim adamları, belirli moleküler absorpsiyon çizgilerini tespit etmek için lazerin dalga boyunu, onu orta kızılötesi aralığa hassas bir şekilde konumlandıracak şekilde ayarlar. Bu sayede sırlarla dolu bir şifre kitabını çözer gibi, maddenin bileşimi ve özellikleri hakkında detaylı bilgi elde edebilirler.

Tıbbi görüntüleme alanında orta kızılötesi ayarlanabilir lazerler de önemli bir rol oynamaktadır. Non-invaziv tanı ve görüntüleme teknolojilerinde yaygın olarak kullanılırlar. Lazerin dalga boyunun hassas bir şekilde ayarlanmasıyla, orta kızılötesi ışık biyolojik dokuya nüfuz edebilir ve sonuçta yüksek çözünürlüklü görüntüler elde edilebilir. Bu, insan vücudunun iç sırlarına bakan sihirli bir ışık gibi, hastalıkları ve anormallikleri tespit etmek ve teşhis etmek için önemlidir.

Savunma ve güvenlik alanı da orta kızılötesi ayarlanabilir lazerlerin uygulanmasından ayrılamaz. Bu lazerler, özellikle ısı güdümlü füzelere karşı kızılötesi karşı önlemlerde önemli bir rol oynuyor. Örneğin, Yönlü Kızılötesi Karşı Tedbir Sistemi (DIRCM), uçakların füzeler tarafından takip edilmesini ve saldırıya uğramasını önleyebilir. Lazerin dalga boyunu hızlı bir şekilde ayarlayan bu sistemler, gelen füzelerin yönlendirme sistemine müdahale edebiliyor ve tıpkı gökyüzünü koruyan sihirli bir kılıç gibi savaşın gidişatını anında değiştirebiliyor.

Uzaktan algılama teknolojisi, kızılötesi ayarlanabilir lazerlerin önemli bir rol oynadığı dünyayı gözlemlemenin ve izlemenin önemli bir yoludur. Çevresel izleme, atmosferik araştırmalar ve Dünya gözlemi gibi alanların tümü bu lazerlerin kullanımına dayanmaktadır. Orta kızılötesi ayarlanabilir lazerler, bilim adamlarının atmosferdeki gazların belirli soğurma çizgilerini ölçmesine olanak tanıyarak, doğanın gizemlerine dair içgörü sağlayan sihirli bir ayna gibi iklim araştırmalarına, kirlilik izleme ve hava tahminlerine yardımcı olacak değerli veriler sağlar.

Endüstriyel ortamlarda, orta kızılötesi ayarlanabilir lazerler hassas malzeme işleme için yaygın olarak kullanılmaktadır. Lazerleri belirli malzemeler tarafından güçlü bir şekilde emilen dalga boylarına ayarlayarak seçici ablasyon, kesme veya kaynaklamayı mümkün kılarlar. Bu, elektronik, yarı iletkenler ve mikro işleme gibi alanlarda hassas üretime olanak sağlar. Orta kızılötesi ayarlanabilir lazer, ince bir şekilde cilalanmış bir oyma bıçağı gibidir ve endüstrinin ince bir şekilde oyulmuş ürünler oluşturmasına ve teknolojinin parlaklığını göstermesine olanak tanır.