Közép-infravörös impulzusszálas lézerek alkalmazásai

Közepes infravörös lézeraz elektromágneses hullámokra utal, amelyek hullámhosszúak a 3 GM ~ 1000 μm sávban; A lézertechnika területén a közép-infravöröset általában 2μm ~ 5 μm sávként definiálják. A közép-infravörös lézerek egyedi hullámhosszúságúak és molekuláris abszorpciós jellemzőkkel rendelkeznek, és különféle alkalmazásokhoz alkalmasak; Míg az impulzusos szálas lézerek széles körű alkalmazási potenciált mutattak az ipari feldolgozásban és más területeken, olyan előnyeikkel, mint például a nagy sugárminőség, a jó stabilitás és a kompakt szerkezet.

A közép-infravörös sáv két fő légköri átviteli ablakot tartalmaz (3 ~ 5 μm és 8 ~ 12 μm régió). Ezekben a sávokban a légkör fő alkotóelemeinek abszorpciója nagyon alacsony, így a távolsági átvitel elérhető, ami alkalmas a távérzékelésre, a detektálásra és más mezőkre.
A közép-infravörös sáv a legtöbb molekula alapvető rezgési rezonancia régiójában található, és számos folyadék, gáz és nem fémes anyag erősen felszívódik a középső infravörös fényben. Ez a szolgáltatás a közép-infravörös lézerek számára fontos alkalmazásokkal rendelkezik a spektrális elemzésben, a környezeti megfigyelésben, az orvosi diagnózisban és más területeken.

A középső infravörös impulzusos szálas lézerek kulcsfontosságú technológiái
1.
① Ritka földdézésű rost:
ER³⁺ (Erbium -ion): Általában a lézerteljesítmény elérésére szolgál a 2,7 ~ 2,8 μm sávban, amely alkalmas orvosi, légköri távérzékelésre és egyéb mezőkre. Energiaszint-felépítése lehetővé teszi, hogy közép-infravörös lézereket generáljon specifikus szivattyúzási körülmények között.
Ho³⁺ (Holmium ion): Lézereket generálhat a 2-ben. Ez a sáv a légköri sebességváltó ablakban van, biztonságos az emberi szemek számára, és alkalmazási értékkel rendelkezik a lézer radarban és más területeken.
TM³⁺ (Thulium -ion): Lézereket generálhat a 2,3 μm -es sávban, ami bizonyos specifikus spektrális elemzésekhez és alkalmazásokhoz értelmes.
② Nemlineáris frekvencia -átalakítás:
OPO (optikai parametrikus oszcillátor): A nemlineáris kristályok paraméteres amplifikációs folyamata alapján a szivattyú fény energiáját jelvilágra és alapjáratra konvertálják. A megfelelő nemlineáris kristályok és oszcillátorok kialakításának kiválasztásával lézeres kimenetet lehet elérni a középső infravörös sávban, és a hangolás szélesebb hullámhossz-tartományon belül érhető el.
DFG (stimulált Raman-szórás): A közép-infravörös lézerek a Raman szórási hatás alkalmazásával állnak elő. A szivattyú fény paramétereinek és a Raman közepes tulajdonságainak beállításával a különböző hullámhosszúságú középső infravörös lézer kimenetek elérhetők, de általában nagyobb szivattyú teljesítményre van szükség.
2. impulzusgenerációs mechanizmus
① Q-kapcsolási technológia:
Aktív Q-kapcsolás: A lézer veszteségét vagy szivattyú teljesítményét egy külső modulációs jel szabályozza, így a lézer üregben lévő fotonsűrűség periodikusan változik, ezáltal impulzusos lézer kimenetet generálva. Például a lézert olyan komponensek, például akuszto-optikai modulátor vagy elektro-optikai modulátor alkalmazásával modulálják, hogy impulzusokat generáljanak. Ez a módszer pontosan szabályozhatja az impulzus ismétlési frekvenciáját és impulzusszélességét, de további modulációs berendezéseket igényel, ami növeli a rendszer összetettségét.
Passzív Q-kapcsolás: A passzív alkatrészek, például a telített abszorbensek nemlineáris abszorpciós jellemzőit használják a foton sűrűségének modulálására a lézerüregben. Amikor a fotonsűrűség eléri egy bizonyos küszöböt, a telített abszorbens abszorpciós együtthatója megváltozik, ezáltal megváltoztatva a lézerüreg elvesztését és impulzusos lézereket generálva. A passzív Q-kapcsolás egyszerű szerkezetű és olcsó, de az impulzus ismétlési frekvenciáját és impulzusszélességét viszonylag nehéz ellenőrizni.
② Üzemmód-zárolási technológia:
Anyag telíthető abszorpciós (MSA) üzemmód-zárolás: Az optikai nemlineáris abszorpciós jellemzőkkel rendelkező anyagokat üzemmód-záró eszközként használják, például a kereskedelmi félvezető telíthető abszorbens tükröket (SESAM) és az új nanomatermékeket (például grafén, szén nanotubák stb.). Ezeknek az anyagoknak erős abszorpciója van a gyenge fény és az erős áteresztőképesség érdekében az erős fény érdekében, ezáltal elérve az intracavitási impulzusok szűkítését és az üzemmódban lezárt impulzusokat.
Nemlineáris polarizációs rotáció (NPR) üzemmód-zárolás: Maga az optikai rost nemlineáris KERR hatásának segítségével különböző nemlineáris fáziseltolódásokat alkalmaznak a fényre különböző polarizációs irányokban. Az intrakavitási polarizációs eszköz hatására a rezonáns üreg a telíthető abszorpcióhoz hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, ezáltal elérve az üzemmód-zárolást. Ezt a technológiát nem korlátozza a sávrés és az anyag relaxációs ideje, átmeneti ultragyors visszanyerési tulajdonságokkal, valamint a nagy modulációs mélység és a károsodási küszöbértékkel rendelkezik, és alkalmas a nagy teljesítményű femtosekundumos impulzusképződéshez.
Frekvenciaeltolódás-visszacsatolás (FSF) üzemmód zárolása: Egy bizonyos visszacsatolási mechanizmuson keresztül a kimeneti fény egy részének frekvenciája eltolódik és visszajuttatja a lézerüregbe, kölcsönhatásba lépve az üregben lévő fénymezővel, hogy stabil, üzemmódos impulzussorozatot képezzen. Ez az üzemmód -reteszelési módszer elérheti a nagy ismétlési frekvenciát és az impulzusok keskeny impulzusszélességét.
3. Alapvető kihívások
① Termálkezelés:
A közepes infravörös impulzusszálas lézerek sok hőt termelnek a működés közben. Ha a hőt nem lehet eloszlatni időben és hatékonyan, akkor olyan problémákhoz vezet, mint például a lézer teljesítmény lebomlása és a rostkárosodás. Ezért hatékony hőeloszlás -technológiát és hőgazdálkodási intézkedéseket kell alkalmazni, például szálmátrix anyagokat használni, nagy hővezető képességgel, ésszerű hőeloszlású struktúrák tervezését és hűtőberendezések használatát a lézer stabil működésének biztosítása érdekében.
② Photon sötétítő hatás:
Nagy teljesítményű szivattyúzási körülmények között a ritka földdoppantált optikai szálak foton sötétítő hatása befolyásolja a lézer teljesítményét és élettartamát. A foton elsötétülése arra a jelenségre utal, hogy amikor a lézer anyagot erős fényben besugárzzák, a fényszerkezet által generált elektronokat a csapdaközpont rögzíti, ami az anyag abszorpciós és emissziós tulajdonságainak megváltozását eredményezi. A foton sötétítő hatásának csökkentése érdekében optimalizálni kell az optikai szál doppingkoncentrációját, javítani az optikai szál előkészítési folyamatát, kiválasztani a megfelelő szivattyúforrást és a munkakörülményeket stb.
③ A közép-infravörös optikai szálas anyagok korlátozásai:
Jelenleg a közép-infravörös sávban alkalmazható optikai szálas anyagok típusai korlátozottak, és továbbra is vannak néhány problémája a rajz folyamatában, az optikai tulajdonságokban és az optikai rost mechanikai tulajdonságaiban. Például, bár a fluorid üvegszál egy általánosan használt közepes infravörös optikai szálmátrix anyag, a fonon energiája viszonylag magas, ami korlátozza a lézer emissziós hullámhossz-tartományát; A szulfid üvegszál olyan problémákkal rendelkezik, mint a rossz kémiai stabilitás és a készítési nehézségek. Ezért folyamatosan feltárni és új, infravörös optikai szálas anyagokat kell kidolgozni és kidolgozni a középső infravörös impulzusos szálas lézerek fejlesztési igényeinek kielégítése érdekében.

Fő jelentkezési területek
1. orvosi és biológiai képalkotás
① Lézeres műtét
Alapelv: A közép-infravörös lézerek (2-5 μm sáv) a vízmolekulák erősen felszívhatók, és az emberi szövet kb. 70% -a víz. Ez lehetővé teszi, hogy a közép-infravörös lézerek energiája a felszínre koncentrálódjon, amikor az emberi szövetekkel érintkeznek, csökkentve a környező szövetek termikus károsodását. Például a szemészeti műtétben ez a tulajdonság felhasználható nagy pontosságú szaruhártya vágására anélkül, hogy felesleges károsodást okozna más szemszövetek számára.
Előnyök: A hagyományos látható fény- vagy közeli infravörös lézeres műtéthez képest a közép-infravörös lézerműtét nagyobb pontossággal és alacsonyabb hőhatásokkal rendelkezik, amelyek finomabb műtéti műveleteket érhetnek el, és csökkenthetik a betegek fájdalmát és a gyógyulási időt.
② címke-mentes szöveti képalkotás
Alapelv: Például az optikai koherencia tomográfia (OCT) technológia a közép-infravörös lézerek alacsony szórási tulajdonságait használja a biológiai szövetek nagy felbontású tomográfiai képalkotásának elvégzéséhez. Ha a középső infravörös fényt besugárzzák a szövetekben, a szöveti rétegek különböző mélységben tükrözik a különböző intenzitások háttér fényjeleit. Ha ezeket a jeleket detektorokon keresztül gyűjti és feldolgozza, a szövet háromdimenziós szerkezeti képét lehet felépíteni.
Előnyök: Ez a képalkotási módszer nem igényel a szövetek festését vagy megjelölését, elkerülve a károsodást és a kémiai szennyeződést, amelyet a hagyományos festési módszerek a szövetekhez okozhatnak, és valós időben dinamikus információkat szerezhetnek a szövetekről, hatékony eszközt biztosítva a betegségek korai diagnosztizálásához és kezeléséhez.
2. Környezeti megfigyelés és gázérzékelés
① nyomon követi a gázérzékelést
Alapelv: Sok nyomkövetési gáznak (például CO₂, CH₄ stb.) Jellemző abszorpciós csúcsok vannak a középső infravörös sávban. Ha megcélozza a közép-infravörös impulzusszálas lézer által kibocsátott lézer tesztelését, és megméri az energiaváltozást, miután a gáz egy adott hullámhossz fényét abszorbeálja, a gáz koncentrációja meghatározható. Például a CO₂ -nak erős abszorpciós csúcspontja van 4,26 μm -en. A lézerenergia csillapításának észlelésével ezen a hullámhosszon a CO₂ koncentrációja következtethető.
Előnyök: A közép-infravörös impulzusos szálas lézerek nagy érzékenység és nagy felbontás jellemzői vannak, és rendkívül alacsony koncentrációban képesek kimutatni a nyomok gázait, ami nagy jelentőséggel bír a környezeti monitorozás, az ipari folyamatok ellenőrzése és az éghajlatváltozás kutatása szempontjából.
② A légköri szennyezés elemzése
Alapelv: A légkörben lévő szennyező anyagok (például nitrogén-oxidok, szulfidok stb.) Szintén eltérő abszorpciós tulajdonságokkal rendelkeznek a középső infravörös sávban. A légkört egy közép-infravörös impulzusszálas lézerrel történő beolvasásával a többszörös szennyező anyagok koncentráció-eloszlása ​​egyszerre detektálható. Például, a légkörben a különböző hullámhosszú lézerek abszorpciójának elemzésével a szennyező anyagok térbeli eloszlási térképe húzható.
Előnyök: Ez a távoli, érintkezés nélküli mérési módszer gyorsan és széles körben megszerezheti a légköri szennyezés információkat minták gyűjtése nélkül, hatékony eszközöket biztosítva a környezetvédelemhez és a levegőminőség értékeléséhez.
3. ipari feldolgozás
① Polimer/félvezető precíziós feldolgozása
Alapelv: A közép-infravörös lézereket a polimerek és a félvezető anyagok erősen felszívhatják, ami az anyagok belsejében lévő molekuláris kötések eltörését eredményezi, ezáltal elérve az anyag eltávolítását vagy módosítását. A precíziós feldolgozási folyamat során a lézer paramétereinek (például az impulzusszélesség, az energia sűrűség stb.) Pontos szabályozásával az anyag vágható, fúrható, gravírozható és más műveletek nagy pontossággal elvégezhetők. Például a félvezető chipgyártásban a közép-infravörös lézerek felhasználhatók a szilícium ostyák mikrofeldolgozásának elérésére, valamint a chipek integrációjának és teljesítményének javításához.
Előnyök: A hagyományos mechanikai feldolgozással vagy fotolitográfiai technológiával összehasonlítva a közép-infravörös lézerfeldolgozásnak a nem érintkezés, a nagy pontosság és a nagy hatékonyság előnyei vannak, amelyek elkerülhetik az anyagok mechanikai stresszét és károsodását, és javíthatják a termék minőségét és megbízhatóságát.
② A FRESZTREZÁS Átlátszó anyagvágás
Alapelv: Néhány infravörös átlátszó anyag (például a kalkogenid üveg) jó áteresztőképességgel rendelkezik a középső infravörös sávban. Amikor ezeket az anyagokat középen infravörös impulzusos szálas lézerek vágják, a lézer energiája felszívódik az anyag belsejében, és hőenergiává alakul, és az anyag részben megolvad vagy párolog, ezáltal a vágást elérve. A lézer szkennelési útjának és paramétereinek beállításával a különféle formájú és méretű anyagrészeket meg lehet vágni.
Előnyök: Ennek a vágási módszernek a sima élek, a nagy pontosságú és a kis hőre ható zóna előnyei vannak, amelyek kielégíthetik az infravörös optikai rendszerek, az űrrepülés és más területek igényeit a nagy teljesítményű infravörös átlátszó anyagrészekhez.
4. Nemzetvédelem és biztonság
① Fontos ellenintézkedések
Alapelv: A katonai alkalmazásokban a közép-infravörös impulzusos szálas lézerek felhasználhatók a nagy teljesítményű infravörös lézernyalábok kibocsátására, hogy beavatkozzanak vagy megsemmisítsék az ellenség infravörös detektáló berendezéseit, irányított fegyvereket stb.
Előnyök: A közép-infravörös lézerek jó légköri átviteli tulajdonságokkal és erős interferencia-képességekkel rendelkeznek. Hatékonyan megvalósíthatják az infravörös ellenintézkedéseket az összetett csatatéri környezetben, és javíthatják a katonai berendezések harci hatékonyságát és túlélhetőségét.
② Lézer radar (LIDAR)
Alapelv: A LIDAR kiszámítja a cél távolságát, irányát, magasságát és egyéb információkat lézerimpulzusok kibocsátásával és a cél által tükröző jelek fogadásával. A közép-infravörös impulzusszálas lézerek rövidebb távolságot és nagyobb precíziós célérzékelést érhetnek el rövid impulzusuk és nagy csúcs teljesítményük miatt. Például olyan alkalmazásokban, mint például a topográfiai térképezés és a cél azonosítás, a közép-infravörös lézer radar részletesebb célinformációkat szerezhet.
Előnyök: A hagyományos mikrohullámú radarokkal összehasonlítva a közép-infravörös lézer radarok nagyobb felbontásúak és pontossággal rendelkeznek, jobban azonosíthatják és osztályozhatják a célokat, és fontos alkalmazási kilátásokkal rendelkeznek a védelmi felderítés, az autonóm vezetés és más területek területén.
③ A robbanóanyagok távoli észlelése
Alapelv: Számos robbanóanyag (például dinamit, drogok stb.) Jellemző spektrumokkal rendelkezik a közép-infravörös sávban. Használjon középső infravörös impulzusszálas lézereket a távolsági célok megvilágításához, a célok által tükröző spektrális jelek gyűjtéséhez, és meghatározza, hogy léteznek-e robbanóanyagok a spektrális jellemzők elemzésével. Például a biztonsági ellenőrzési helyeken, például a repülőterekben és a kikötőkben a közép-infravörös lézer-távirányító berendezések felhasználhatók a személyzet és a poggyász ellenőrzésére.
Előnyök: Ennek a távoli detektálási módszernek a nem érintkezés előnyei vannak, gyors és pontos. Időben észlelheti a lehetséges biztonsági veszélyeket anélkül, hogy befolyásolná a normál műveleteket, és biztosíthatja a közbiztonságot és a társadalombiztosítást.
5. Tudományos kutatás
① Ultragyors spektroszkópia
Alapelv: Az ultragyors spektroszkópia az anyagok spektrális jellemzőinek változásait vizsgálja rendkívül rövid idő alatt (femtosecond, pikosekundum szint). A közepes infravörös impulzusos szálas lézerek rendkívül rövid, impulzusos lézereket eredményezhetnek, amelyek felhasználhatók a minták izgatására és az ultragyors spektrális válaszok észlelésére. Például a szivattyú-szonda technológián keresztül a mintát közép infravörös lézerrel szivattyúzzák, hogy gerjesztett állapotot kapjanak, majd egy másik lézernyalábot használnak a minta spektrális változásainak észlelésére különböző késleltetési időkben, hogy megvizsgálják az ultragyors folyamatokat, például az anyag elektronikus állapotát és rács rezgését.
Előnyök: Erőteljes kutatási módszert biztosít olyan mezők számára, mint a kémia, a fizika és az anyagtudomány, amely segít mélyen megérteni az anyagok belső szerkezetét és dinamikus folyamatát.
② Hideg molekula manipuláció
Alapelv: A közép-infravörös lézerek és a molekulák közötti kölcsönhatás felhasználható a hideg molekulák rögzítésére, mozgatására és manipulálására. A lézer frekvenciájának, intenzitásának és fázisának pontos beállításával egy specifikus optikai potenciál kút képezhető a hideg molekulák bebörtönzésére és a molekulák mozgásvezérlésének megvalósítására. Például a kvantumszámítás és a kvantuminformáció-feldolgozás területén a közép-infravörös lézerek felhasználhatók a hidegmolekulák kvantumállapotának manipulálására a kvantumbitek működésének elérése érdekében.
Előnyök: Ez egy új kísérleti platformot biztosít a kvantumfizika, a kémiai fizika és más területek kutatásához, és várhatóan fontos áttöréseket készít a kvantumszámítás, a kvantumszimuláció és más szempontok területén.
③ Attosekundumos impulzusok generálása
Alapelv: A nemlineáris optikai folyamatok, például a magas rendű harmonikus generáció (HHG) révén a közép-infravörös impulzusos szálas lézerek ultrahangos impulzusokat generálhatnak az attosekundodás szinten (10⁻¹⁸ másodperc). Amikor a közép-infravörös lézerek atomokkal vagy molekulákkal kölcsönhatásba lépnek, magas rendű harmonikusok jönnek létre. Ezen harmonikusok frekvenciái a szélsőséges ultraibolya (XUV) sávban vannak, és impulzusszélességük elérheti az attosekundum szintjét.
Előnyök: Rendkívül magas időbeli felbontást biztosít az ultragyors folyamatok, például a nukleáris mozgás és az elektrondinamika tanulmányozásához, ami elősegíti az anyag mikroszkópos világának rejtélyeinek további felfedezését.

Összefoglalva: a közép-infravörös impulzusos szálas lézerek széles körű alkalmazási kilátásokat és nagy potenciált mutattak az orvosi és biológiai képalkotás, a környezeti megfigyelés és a gázérzékelés, az ipari feldolgozás, a nemzetvédelem és a biztonság, valamint a tudományos kutatások területén. A technológia folyamatos fejlesztése és fejlesztése révén úgy gondolják, hogy a közép-infravörös impulzusos szálas lézerek fontos szerepet játszanak a több területen, és nagyobb jólétet és haladást hoznak az emberi társadalomba.

Elérkezési adatok:

Ha bármilyen ötlete van, nyugodtan beszéljen velünk. Nem számít, hol vannak ügyfeleink, és mi a követelményünk, követni fogjuk a célunkat, hogy ügyfeleink számára magas színvonalú, alacsony árakat és a legjobb szolgáltatást biztosítsunk.