Zastosowania laser

Laser środkowej podczerwieniodnosi się do fal elektromagnetycznych o długości fali w paśmie 3 μm ~ 1000 μm; W dziedzinie technologii laserowej środkowa podczerwień jest ogólnie definiowana jako pasmo 2 μm ~ 5 μm. Lasery w środkowej podczerwieni mają unikalne zakresy długości fali i charakterystykę absorpcji molekularnej i są odpowiednie do różnych scenariuszy zastosowania; Podczas gdy pulsacyjne lasery światłowodowe wykazały szeroki potencjał zastosowania w przetwarzaniu przemysłowym i innych dziedzinach z ich zaletami, takimi jak wysokiej jakości wiązki, dobra stabilność i zwarta struktura.

Pasmo środkowej podczerwieni zawiera dwa główne okna transmisji atmosferycznej (3 ~ 5 μm i 8 ~ 12 μm). W tych pasmach wchłanianie głównych składników w atmosferze jest bardzo niskie, więc można osiągnąć transmisję na duże odległości, która jest odpowiednia do teledetekcji, wykrywania i innych dziedzin.
Pasmo środkowej podczerwieni znajduje się w fundamentalnym obszarze rezonansu wibracji większości cząsteczek, a wiele cieczy, gazów i materiałów niemetalicznych ma silne wchłanianie światła środkowej podczerwieni. Ta funkcja powoduje, że lasery w środkowej podczerwieni mają ważne zastosowania w analizie spektralnej, monitorowaniu środowiska, diagnozie medycznej i innych dziedzinach.

Kluczowe technologie laser
1. Zyskaj średni wybór
① Włókno domieszkowane przez ziemię:
Er³⁺ (jon erbium): zwykle stosowany do osiągnięcia wyjściowej laserowej w paśmie 2,7 ~ 2,8 μm, odpowiedniego do medycznego, atmosferycznego teledetekcji i innych pól. Jego struktura poziomu energii umożliwia generowanie laserów w środkowej podczerwieni w określonych warunkach pompowania.
Ho³⁺ (jon holmium): może generować lasery w paśmie 2. 0 ~ 2,1 μm, często domieszkowane z innymi jonami (takimi jak wspólnie domieszkowane za pomocą prun⁺) w celu zoptymalizowania wydajności lasera. Ten pasek znajduje się w atmosferycznym oknie transmisji, bezpiecznym dla ludzkich oczu i ma wartość zastosowania w radarach laserowych i innych polach.
TM³⁺ (jon thulium): może generować lasery w paśmie 2,3 μm, co ma znaczenie dla niektórych specyficznych analizy i zastosowań spektralnych.
② Nieliniowa konwersja częstotliwości:
OPO (optyczny oscylator parametryczny): Na podstawie procesu amplifikacji parametrycznej w nieliniowych kryształach energia światła pompy jest przekształcana w światło sygnałowe i światło wuldera. Wybierając odpowiednie nieliniowe kryształy i konstrukcje oscylatora, można uzyskać wyjście laserowe w paśmie środkowej podczerwieni, a strojenie można osiągnąć w szerszym zakresie długości fali.
DFG (stymulowane rozpraszanie Ramana): lasery w środkowej podczerwieni są generowane przy użyciu efektu rozpraszania Ramana. Regulując parametry światła pompy i charakterystykę medium Ramana, można osiągnąć wyjścia laserowe o różnych długościach fali o różnych podczerwonych, ale zwykle wymagana jest wyższa moc pompy.
2. Mechanizm generowania impulsu
① Technologia przełączania Q:
Aktywne przełączanie Q: Strata lub moc pompy lasera jest kontrolowana przez zewnętrzny sygnał modulacji, tak że gęstość fotonu w jamie laserowej zmienia się okresowo, generując w ten sposób pulsowane wyjście lasera. Na przykład laser jest modulowany przy użyciu komponentów takich jak modulator akustyczny lub modulator elektrooptyczny do generowania impulsów. Ta metoda może dokładnie kontrolować częstotliwość powtarzania i szerokość impulsu impulsu, ale wymaga dodatkowego sprzętu do modulacji, co zwiększa złożoność systemu.
Pasywne przełączanie Q: Nieliniowe właściwości absorpcji komponentów pasywnych, takich jak nasycone absorbery, stosuje się do modulowania gęstości fotonu w jamie laserowej. Gdy gęstość fotonu osiąga określony próg, współczynnik absorpcji nasyconego absorbera zmienia się w ten sposób utratę wnęki laserowej i generując pulsacyjne lasery. Pasywne przełączanie Q ma prostą strukturę i niski koszt, ale częstotliwość powtarzania i szerokość impulsu impulsu są stosunkowo trudne do kontrolowania.
② Technologia blokowania trybu:
Materiał nasycalny absorpcja (MSA) Pokochanie trybu: Materiały o optycznej nieliniowej charakterystyki absorpcji są stosowane jako urządzenia do blokowania trybu, takie jak komercyjne lusterka pochłaniające półprzewodnik (SESAM) i nowe nanomateriały (takie jak grafen, nanorurki węglowe itp.). Materiały te mają silną absorpcję dla słabego światła i wysokiej transformacji dla silnego światła, osiągając w ten sposób impulsowanie impulsów wewnątrzkawowych i generując impulsy.
Nieliniowe poruszenie obrotu polaryzacji (NPR): Za pomocą nieliniowego efektu KERR samego światłowodowego światłowodu różne nieliniowe przesunięcia fazowe są stosowane do światła w różnych kierunkach polaryzacji. Zgodnie z działaniem urządzenia do polaryzacji wewnątrzkavity, wnęka rezonansowa wykazuje charakterystykę podobną do absorpcji nasyconej, osiągając w ten sposób blokowanie trybu. Technologia ta nie jest ograniczona przez lukę pasmową i czas relaksacji materiału, ma przejściową ultraszybką charakterystykę odzyskiwania oraz próg wysokiej głębokości modulacji i uszkodzenia, i nadaje się do wytwarzania impulsu femtosekundowego o dużej mocy.
Blokowanie trybu sprzężenia zwrotnego przesunięcia częstotliwości (FSF): poprzez pewien mechanizm sprzężenia zwrotnego częstotliwość części światła wyjściowego jest przesunięta i podawana z powrotem do wnęki laserowej, oddziałując z polem światła w jamie, tworząc stabilną sekwencję impulsu blokowanego w trybie. Ta metoda blokowania trybu może osiągnąć wysoką częstotliwość powtarzania i wąską szerokość impulsu impulsów.
3. Podstawowe wyzwania
① Zarządzanie termicznie:
Lasery włókien impulsów środkowej podczerwieni generują dużo ciepła podczas pracy. Jeśli ciepła nie można rozproszyć w czasie i skutecznie, doprowadzi to do takich problemów, jak degradacja wydajności laserowej i uszkodzenie błonnika. Dlatego konieczne jest przyjęcie efektywnej technologii rozpraszania ciepła i miar zarządzania termicznego, takich jak stosowanie materiałów z matrycy światłowodowej o wysokiej przewodności cieplnej, projektowanie rozsądnych struktur rozpraszania ciepła oraz wykorzystanie urządzeń chłodzących w celu zapewnienia stabilnego działania lasera.
② Efekt ciemnienia fotonu:
W warunkach pompowania o dużej mocy efekt ciemnienia fotonu w rzadkich włóknach optycznych domieszkowanych rzadko wpłynie na wydajność i żywotność lasera. Darkowanie fotonów odnosi się do zjawiska, że ​​gdy materiał laserowy jest napromieniowany silnym światłem, elektrony generowane przez wzbudzenie światła są wychwytywane przez centrum pułapki, co powoduje zmiany w charakterystyce wchłaniania i emisji materiału. W celu zmniejszenia wpływu efektu ciemności fotonu konieczne jest zoptymalizacja stężenia domieszkowania światłowodu, poprawa procesu przygotowania światłowodu, wybierz odpowiednie źródło pompy i warunki pracy, itp.
③ Ograniczenia materiałów światłowodowych w środkowej podczerwieni:
Obecnie rodzaje materiałów światłowodowych, które można zastosować w paśmie środkowej podczerwieni, są ograniczone i nadal istnieją pewne problemy w procesie rysowania, właściwości optyczne i właściwości mechaniczne światłowodu. Na przykład, chociaż włókno szklane fluorkowe jest powszechnie stosowanym materiałem matrycy światłowodowej środkowej podczerwieni, jego energia fononowa jest stosunkowo wysoka, co ogranicza zakres długości fali emisji lasera; Włókno szklane siarczkowe ma problemy, takie jak słabą stabilność chemiczną i trudność w przygotowaniu. Dlatego konieczne jest ciągłe badanie i opracowanie nowych materiałów światłowodowych w środkowej podczerwieni, aby zaspokoić potrzeby rozwojowe laserów z włókien pulrowych w środkowej podczerwieni.

Główne obszary zastosowania
1. Obrazowanie medyczne i biologiczne
① Operacja laserowa
Zasada: lasery w środkowej podczerwieni (2-5 μm pasmo) można silnie wchłonąć przez cząsteczki wody, a około 70% ludzkiej tkanki to woda. Umożliwia to skoncentrowanie się energii laserów środkowej podczerwieni na powierzchni, gdy wchodzą one w kontakt z tkanką ludzką, zmniejszając uszkodzenie termiczne otaczających tkanek. Na przykład podczas operacji okulistycznej tej funkcji można zastosować do wykonywania bardzo precyzyjnego cięcia rogówki bez powodowania niepotrzebnego uszkodzenia innych tkanek oczu.
Zalety: W porównaniu z tradycyjną chirurgią laserową światła widzialnego lub bliskiej podczerwieni, operacja laserowa średniej podczerwieni ma wyższą precyzję i niższe działanie termiczne, które mogą osiągnąć bardziej delikatne operacje chirurgiczne i skrócić ból pacjentów i czas regeneracji.
② Bez etykiety obrazowanie tkanek
Zasada: Na przykład technologia optycznej tomografii koherencyjnej (OCT) wykorzystuje niskie charakterystyki rozpraszania laserów środkowej podczerwieni do wykonywania obrazowania tomograficznego tkanek biologicznych w wysokiej rozdzielczości. Gdy światło w środkowej podczerwieni jest napromieniowane na tkankach, warstwy tkanek na różnych głębokościach będą odbijać sygnały światła tylnego o różnych intensywności. Dzięki zbieraniu i przetwarzaniu tych sygnałów za pomocą detektorów można zbudować trójwymiarowy obraz strukturalny tkanki.
Zalety: Ta metoda obrazowania nie wymaga barwienia lub oznaczania tkanek, unikając uszkodzenia i zanieczyszczenia chemicznego, że tradycyjne metody barwienia mogą powodować tkanki i może uzyskać dynamiczne informacje o tkankach w czasie rzeczywistym, zapewniając potężne narzędzie do wczesnej diagnozy i leczenia chorób.
2. Monitorowanie środowiska i wykrywanie gazu
① Wykrywanie gazu śladowego
Zasada: Wiele gazów śladowych (takich jak Co₂, CH₄ itp.) Ma charakterystyczny piki absorpcji w paśmie środkowej podczerwieni. Celowanie lasera emitowanego przez laser włókien pulrowy w środkowej podczerwieni w próbce gazu, który ma zostać przetestowany i mierząc zmianę energii po pochłanianiu światła o określonej długości fali, można określić stężenie gazu. Na przykład CO₂ ma silny pik absorpcji przy 4,26 μm. Wykrywając tłumienie energii laserowej przy tej długości fali, można wywnioskować stężenie Co₂.
Zalety: Lasery światłowodowe w środkowej podczerwieni mają charakterystykę wysokiej czułości i wysokiej rozdzielczości oraz mogą wykrywać gazy śladowe w bardzo niskich stężeniach, co ma ogromne znaczenie dla monitorowania środowiska, kontroli procesu przemysłowego i badań nad zmianami klimatu.
② Analiza zanieczyszczenia atmosferycznego
Zasada: Zanieczyszczenia w atmosferze (takich jak tlenki azotu, siarczki itp.) Mają również różne właściwości absorpcji w paśmie środkowej podczerwieni. Przez skanowanie atmosfery za pomocą lasera z pulsacyjnego światłowodu w środkowej podczerwieni można wykryć rozkład stężenia wielu zanieczyszczeń. Na przykład, analizując wchłanianie laserów o różnych długościach fal w atmosferze, można narysować mapę rozkładu przestrzennego zanieczyszczeń.
Zalety: Ta zdalna metoda pomiaru niekonaktowa może szybko i szeroko uzyskiwać informacje o zanieczyszczeniu atmosferycznym bez zbierania próbek, zapewniając wydajne środki do ochrony środowiska i oceny jakości powietrza.
3. Przetwarzanie przemysłowe
① Precision Precision Precision Precision Polimer/Semiconductor
Zasada: Lasery środkowej podczerwieni można silnie wchłaniać przez polimery i materiały półprzewodników, powodując pękanie wiązań molekularnych w materiałach, osiągając w ten sposób usuwanie lub modyfikację materiału. Podczas procesu precyzyjnego przetwarzania, poprzez precyzyjne kontrolowanie parametrów lasera (takie jak szerokość impulsu, gęstość energii itp.), Materiał można wyciąć, wiercić, wygrawerować i inne operacje z dużą precyzją. Na przykład w produkcji chipów półprzewodnikowych lasery średniej podczerwieni mogą być stosowane do osiągnięcia mikro-przetwarzania płytek krzemowych oraz poprawy integracji i wydajności układów.
Zalety: W porównaniu z tradycyjną technologią przetwarzania mechanicznego lub fotolitograficzną, przetwarzanie laserowe w średnim podczerwieni ma zalety bezkontaktowego, wysokiej precyzji i wysokiej wydajności, co może uniknąć stresu mechanicznego i uszkodzeń materiałów oraz poprawić jakość produktu i niezawodność.
② indefred przezroczyste cięcie materiału
Zasada: Niektóre przezroczyste materiały w podczerwieni (takie jak szkło chalkogenidowe) mają dobrą transmitancję w paśmie środkowej podczerwieni. Kiedy materiały te są cięte przez lasery z pulrabionami w środkowej podczerwieni, energia laserowa jest wchłaniana wewnątrz materiału i przekształcana w energię cieplną, powodując częściowe stopienie lub odparowanie materiału, osiągając w ten sposób cięcie. Regulując ścieżkę skanowania i parametry lasera, można wyciąć materialne części o różnych kształtach i rozmiarach.
Zalety: Ta metoda cięcia ma zalety gładkich krawędzi, wysokiej precyzji i małej strefy dotkniętej ciepłem, które mogą zaspokoić potrzeby systemów optycznych w podczerwieni, lotniczej i innych dziedzin dla przejrzystego materiału materiałowego o wysokiej wydajności.
4. Obrona narodowa i bezpieczeństwo
INFREDRED INDERMEASURES
Zasada: W zastosowaniach wojskowych lasery z włókien w środkowej podczerwieni mogą być używane do emitowania wiązek laserowych podczerwieni o dużej mocy, aby zakłócać lub niszczyć sprzęt wykrywania wrogów wroga, broń przewodnika itp. Na przykład, emitując lasery o takiej samej długości fali roboczej, jak system wykrywania w podczerwieni wroga, jego detektor jest nasycony lub niekwalifikowany, chroniąc własne cele.
Zalety: Lasery w środkowej podczerwieni mają dobre charakterystyki transmisji atmosferycznej i silne możliwości przeciwdziałania interferencji. Mogą skutecznie wdrażać środki zaradcze na podczerwień w złożonych środowiskach pola bitwy i poprawić skuteczność walki i przeżywalność sprzętu wojskowego.
② Radar laserowy (lidar)
Zasada: Lidar oblicza odległość, kierunek, wysokość i inne informacje o celu, emitując impulsy laserowe i otrzymując sygnały odzwierciedlone przez cel. Lasery włókien impulsów środkowej podczerwieni mogą osiągnąć dłuższy i wyższy wykrywanie celu ze względu na ich krótkie impulsy i wysoką moc szczytową. Na przykład w aplikacjach takich jak mapowanie topograficzne i identyfikacja docelowa radar laserowy w środkowej podczerwieni może uzyskać bardziej szczegółowe informacje docelowe.
Zalety: W porównaniu z tradycyjnymi radarami mikrofalowymi radary laserowe średniej podczerwieni mają wyższą rozdzielczość i dokładność, mogą lepiej zidentyfikować i klasyfikować cele oraz mieć ważne potencjalne potencjalne potencjalne klienty w rozpoznawaniu obronnym, autonomicznej jazdy i innych dziedzinach.
③ Zdalne wykrywanie materiałów wybuchowych
Zasada: wiele materiałów wybuchowych (takich jak dynamit, leki itp.) Ma charakterystyczne widma w paśmie środkowej podczerwieni. Użyj laserów włókien impulsowych w środkowej podczerwieni, aby oświetlić cele na duże odległości, zbierać sygnały spektralne odzwierciedlone przez cele i ustalić, czy materiały wybuchowe istnieją poprzez analizę cech widmowych. Na przykład w miejscach kontroli bezpieczeństwa, takich jak lotniska i porty, do kontroli personelu i bagażu mogą być używane do kontroli personelu i bagażu.
Zalety: Ta metoda zdalnego wykrywania ma zalety bezkontaktowe, szybkie i dokładne. Może terminowo wykryć potencjalne zagrożenia bezpieczeństwa bez wpływu na normalne działalność i zapewnić bezpieczeństwo publiczne i ubezpieczenie społeczne.
5. Badania naukowe
① Ultraszybka spektroskopia
Zasada: Ultrasfastka spektroskopia bada zmiany charakterystyki spektralnej substancji w bardzo krótkim czasie (femtosekund, poziom pikosekundy). Lasery światłowodowe w środkowej podczerwieni mogą wytwarzać wyjątkowo krótkie pulsacyjne lasery, które można wykorzystać do podniecenia próbek i wykrywania ich ultrastycznych odpowiedzi spektralnych. Na przykład dzięki technologii pomp-probe próbka jest pompowana laserem w środkowej podczerwieni w celu wytworzenia stanu wzbudzonego, a następnie do wykrycia zmian spektralnych próbki w różnych czasach opóźnień stosuje się inną wiązkę laserową.
Zalety: Zapewnia potężną metodę badawczą dla takich dziedzin, jak chemia, fizyka i nauki materiałowe, które pomagają głęboko zrozumieć wewnętrzną strukturę i dynamiczny proces substancji.
② Manipulacja zimnej cząsteczki
Zasada: Interakcja między laserami i cząsteczkami środkowej podczerwieni można wykorzystać do wychwytywania, poruszania i manipulowania zimnymi cząsteczkami. Dzięki precyzyjnie dostosowując częstotliwość, intensywność i fazę lasera, można utworzyć specyficzny potencjał optyczny w celu uwięzienia zimnych cząsteczek i realizacji kontroli ruchu cząsteczek. Na przykład w dziedzinie obliczeń kwantowych i przetwarzania informacji kwantowych lasery średniej podczerwieni można wykorzystać do manipulowania stanem kwantowym zimnych cząsteczek w celu osiągnięcia działalności bitów kwantowych.
Zalety: Zapewnia nową eksperymentalną platformę do badań w zakresie fizyki kwantowej, fizyki chemicznej i innych dziedzin i oczekuje się, że dokona ważnych przełomów w zakresie obliczeń kwantowych, symulacji kwantowej i innych aspektach.
③ Generowanie impulsów attosekundowych
Zasada: Poprzez nieliniowe procesy optyczne, takie jak wytwarzanie harmoniczne wysokiego rzędu (HHG), lasery z włókien pulrowych w środkowej podczerwieni mogą generować ultrashortowe impulsy na poziomie attosekundowym (10⁻¹⁸ sekundy). Gdy lasery w środkowej podczerwieni oddziałują z atomami lub cząsteczkami, generowane są harmoniczne wysokiego rzędu. Częstotliwości tych harmonicznych znajdują się w ekstremalnym pasmach ultrafioletowym (XUV), a ich szerokości impulsu mogą osiągnąć poziom attosekund.
Zalety: Zapewnia wyjątkowo najwyższą rozdzielczość czasu do badania ultraszybkich procesów, takich jak ruch jądrowy i dynamika elektronów, co pomaga dalej ujawnić tajemnice mikroskopijnego świata materii.

Podsumowując, lasery światłowodowe w środkowej podczerwieni wykazały szerokie perspektywy zastosowania i duży potencjał w dziedzinach obrazowania medycznego i biologicznego, monitorowania środowiska i wykrywania gazu, przetwarzania przemysłowego, obrony narodowej i bezpieczeństwa oraz badań naukowych. Dzięki ciągłemu rozwojowi i doskonaleniu technologii uważa się, że lasery światłowodowe w środkowej podczerwieni będą odgrywać ważną rolę w większej liczbie dziedzin i przynoszą więcej dobrobytu i postępu społeczeństwu ludzkiemu.

Informacje kontaktowe:

Jeśli masz jakieś pomysły, możesz z nami rozmawiać. Bez względu na to, gdzie są nasi klienci i jakie są nasze wymagania, będziemy przestrzegać naszego celu, aby zapewnić naszym klientom wysoką jakość, niskie ceny i najlepszą usługę.