Láseres sintonizables de infrarrojo cercano a infrarrojo medio

Diferentes definiciones de rango espectral.

En términos generales, cuando la gente habla de fuentes de luz infrarroja, se refiere a luz con longitudes de onda del vacío superiores a ~700-800 nm (el límite superior del rango de longitud de onda visible).

El límite inferior de longitud de onda específica no está claramente definido en esta descripción porque la percepción del infrarrojo por parte del ojo humano disminuye lentamente en lugar de cortarse en un acantilado.

Por ejemplo, la respuesta de la luz a 700 nm para el ojo humano ya es muy baja, pero si la luz es lo suficientemente fuerte, el ojo humano puede incluso ver la luz emitida por algunos diodos láser con longitudes de onda superiores a 750 nm, lo que también produce infrarrojos. láseres un riesgo para la seguridad. --Incluso si no es muy brillante para el ojo humano, su potencia real puede ser muy alta.

De manera similar, al igual que el rango límite inferior de la fuente de luz infrarroja (700 ~ 800 nm), el rango de definición del límite superior de la fuente de luz infrarroja también es incierto. En términos generales, es de aproximadamente 1 mm.

A continuación se muestran algunas definiciones comunes de la banda infrarroja:

Región espectral del infrarrojo cercano (también llamada IR-A), rango ~750-1400 nm.

Los láseres emitidos en esta región de longitud de onda son propensos a generar ruido y problemas de seguridad para el ojo humano, porque la función de enfoque del ojo humano es compatible con los rangos de luz visible y del infrarrojo cercano, de modo que la fuente de luz de la banda del infrarrojo cercano se puede transmitir y enfocar al la retina sensible de la misma manera, pero la banda de luz del infrarrojo cercano no activa el reflejo protector de parpadeo. Como resultado, la retina del ojo humano se daña por el exceso de energía debido a la insensibilidad. Por lo tanto, cuando se utilizan fuentes de luz en esta banda, se debe prestar total atención a la protección de los ojos.

El infrarrojo de longitud de onda corta (SWIR, IR-B) oscila entre 1,4 y 3 μm.

Esta área es relativamente segura para los ojos porque el ojo absorbe la luz antes de llegar a la retina. Por ejemplo, en esta región operan amplificadores de fibra dopada con erbio utilizados en las comunicaciones de fibra óptica.

El rango de infrarrojos de onda media (MWIR) es de 3 a 8 μm.

La atmósfera muestra una fuerte absorción en algunas partes de la región; Muchos gases atmosféricos tendrán líneas de absorción en esta banda, como el dióxido de carbono (CO2) y el vapor de agua (H2O). También porque muchos gases exhiben una fuerte absorción en esta banda. Las características de fuerte absorción hacen que esta región espectral se utilice ampliamente para la detección de gases en la atmósfera.

El rango de infrarrojos de onda larga (LWIR) es de 8 a 15 μm.

El siguiente es el infrarrojo lejano (FIR), que oscila entre 15 μm y 1 mm (pero también hay definiciones a partir de 50 μm, consulte ISO 20473). Esta región espectral se utiliza principalmente para imágenes térmicas.

Este artículo tiene como objetivo discutir la selección de láseres de longitud de onda sintonizables de banda ancha con fuentes de luz del infrarrojo cercano al infrarrojo medio, que pueden incluir el infrarrojo de longitud de onda corta anterior (SWIR, IR-B, que oscila entre 1,4 y 3 μm) y parte del infrarrojo de onda media (MWIR, con un rango de 3 a 8 μm).

Aplicación tipica

Una aplicación típica de las fuentes de luz en esta banda es la identificación de espectros de absorción láser en gases traza (por ejemplo, teledetección en diagnóstico médico y monitoreo ambiental). En este caso, el análisis aprovecha las fuertes y características bandas de absorción de muchas moléculas en la región espectral del infrarrojo medio, que sirven como "huellas dactilares moleculares". Aunque también se pueden estudiar algunas de estas moléculas a través de líneas de absorción panorámica en la región del infrarrojo cercano, dado que las fuentes láser del infrarrojo cercano son más fáciles de preparar, existen ventajas al utilizar líneas de absorción fundamentales fuertes en la región del infrarrojo medio con mayor sensibilidad. .

En las imágenes del infrarrojo medio también se utilizan fuentes de luz en esta banda. La gente suele aprovechar el hecho de que la luz del infrarrojo medio puede penetrar más profundamente en los materiales y tiene menos dispersión. Por ejemplo, en las correspondientes aplicaciones de imágenes hiperespectrales, el infrarrojo cercano al infrarrojo medio puede proporcionar información espectral para cada píxel (o vóxel).

Debido al desarrollo continuo de fuentes de láser de infrarrojo medio, como los láseres de fibra, las aplicaciones de procesamiento de materiales con láser no metálicos se están volviendo cada vez más prácticas. Normalmente, las personas aprovechan la fuerte absorción de luz infrarroja por parte de ciertos materiales, como las películas de polímero, para eliminar materiales de forma selectiva.

Un caso típico es el de las películas conductoras transparentes de óxido de indio y estaño (ITO) utilizadas para electrodos en dispositivos electrónicos y optoelectrónicos que deben estructurarse mediante ablación láser selectiva. Otro ejemplo es el decapado preciso de revestimientos de fibras ópticas. Los niveles de potencia necesarios en esta banda para este tipo de aplicaciones suelen ser mucho más bajos que los necesarios para aplicaciones como el corte por láser.

Los militares también utilizan fuentes de luz del infrarrojo cercano al infrarrojo medio para contramedidas infrarrojas direccionales contra misiles buscadores de calor. Además de una mayor potencia de salida adecuada para cámaras infrarrojas cegadoras, también se requiere una amplia cobertura espectral dentro de la banda de transmisión atmosférica (alrededor de 3-4 μm y 8-13 μm) para evitar que simples filtros con muescas protejan los detectores de infrarrojos.

La ventana de transmisión atmosférica descrita anteriormente también se puede utilizar para comunicaciones ópticas en el espacio libre mediante haces direccionales, y los láseres de cascada cuántica se utilizan en muchas aplicaciones para este fin.

En algunos casos, se requieren pulsos ultracortos del infrarrojo medio. Por ejemplo, se podrían utilizar peines de frecuencia de infrarrojo medio en espectroscopia láser o explotar las altas intensidades máximas de los pulsos ultracortos para la generación de láser. Esto se puede generar con un láser de modo bloqueado.

En particular, para fuentes de luz de infrarrojo cercano a infrarrojo medio, algunas aplicaciones tienen requisitos especiales para escanear longitudes de onda o sintonizabilidad de longitud de onda, y los láseres sintonizables de longitud de onda de infrarrojo cercano a infrarrojo medio también desempeñan un papel extremadamente importante en estas aplicaciones.

Por ejemplo, en espectroscopia, los láseres sintonizables de infrarrojo medio son herramientas esenciales, ya sea en la detección de gases, el monitoreo ambiental o el análisis químico. Los científicos ajustan la longitud de onda del láser para posicionarlo con precisión en el rango del infrarrojo medio para detectar líneas de absorción molecular específicas. De esta manera, pueden obtener información detallada sobre la composición y propiedades de la materia, como descifrar un libro de códigos lleno de secretos.

En el campo de la imagen médica, los láseres sintonizables de infrarrojo medio también desempeñan un papel importante. Se utilizan ampliamente en tecnologías de diagnóstico e imágenes no invasivas. Al ajustar con precisión la longitud de onda del láser, la luz del infrarrojo medio puede penetrar el tejido biológico, dando como resultado imágenes de alta resolución. Esto es importante para detectar y diagnosticar enfermedades y anomalías, como una luz mágica que se asoma a los secretos internos del cuerpo humano.

El campo de la defensa y la seguridad también es inseparable de la aplicación de láseres sintonizables de infrarrojo medio. Estos láseres desempeñan un papel clave en las contramedidas infrarrojas, especialmente contra misiles buscadores de calor. Por ejemplo, el Sistema Direccional de Contramedidas Infrarrojas (DIRCM) puede proteger a los aviones de ser rastreados y atacados por misiles. Al ajustar rápidamente la longitud de onda del láser, estos sistemas pueden interferir con el sistema de guía de los misiles entrantes y cambiar instantáneamente el rumbo de la batalla, como una espada mágica que protege el cielo.

La tecnología de teledetección es un medio importante para observar y monitorear la Tierra, en la que los láseres infrarrojos sintonizables desempeñan un papel clave. Campos como el monitoreo ambiental, la investigación atmosférica y la observación de la Tierra dependen del uso de estos láseres. Los láseres sintonizables del infrarrojo medio permiten a los científicos medir líneas de absorción específicas de gases en la atmósfera, proporcionando datos valiosos para ayudar a la investigación climática, el monitoreo de la contaminación y el pronóstico del tiempo, como un espejo mágico que proporciona información sobre los misterios de la naturaleza.

En entornos industriales, los láseres sintonizables de infrarrojo medio se utilizan ampliamente para el procesamiento de materiales de precisión. Al ajustar los láseres a longitudes de onda que son fuertemente absorbidas por ciertos materiales, permiten la ablación, el corte o la soldadura selectivos. Esto permite una fabricación de precisión en áreas como la electrónica, los semiconductores y el micromecanizado. El láser sintonizable de infrarrojo medio es como un cuchillo de trinchar finamente pulido, lo que permite a la industria tallar productos finamente tallados y mostrar la brillantez de la tecnología.