Los componentes básicos de unaláserse puede dividir en tres partes: una fuente de bombeo (que proporciona energía para lograr la inversión de población en el medio de trabajo); un medio de trabajo (que tiene una estructura de niveles de energía adecuada que permite la inversión de población bajo la acción de la bomba, permitiendo a los electrones pasar de niveles de energía altos a niveles más bajos y liberar energía en forma de fotones); y una cavidad resonante.
Las propiedades del medio de trabajo determinan la longitud de onda de la luz láser emitida.
El láser convencional con una longitud de onda de 808 nm es un láser semiconductor. La energía de banda prohibida del semiconductor determina la longitud de onda de la luz láser emitida, lo que hace que 808 nm sea una longitud de onda operativa relativamente común. El tipo de láser semiconductor de 808 nm es también uno de los primeros y más investigados. Su región activa consta de materiales que contienen aluminio (como InAlGaAs) o materiales sin aluminio (como GaAsP). Este tipo de láser ofrece ventajas como bajo costo, alta eficiencia y larga vida útil.
1064 nm es también una longitud de onda clásica para láseres de estado sólido. El material de trabajo es un cristal YAG (granate de itrio y aluminio Y3AI5012) dopado con neodimio (Nd). Los iones de aluminio en el cristal YAG interactúan sinérgicamente con los cationes dopados con Nd, creando una estructura espacial y una estructura de bandas de energía adecuadas. Bajo la acción de la energía de excitación, los cationes Nd se excitan a un estado excitado, experimentando transiciones radiactivas y generando láser. Además, los cristales Nd:YAG ofrecen una excelente estabilidad y una vida operativa relativamente larga.
También se pueden generar láseres de 1550 nm utilizando láseres semiconductores. Los materiales semiconductores comúnmente utilizados incluyen InGaAsP, InGaAsN e InGaAlAs.
La banda infrarroja tiene numerosas aplicaciones, como comunicaciones ópticas, atención médica, imágenes biomédicas, procesamiento láser y más.
Tomemos como ejemplo las comunicaciones ópticas. Las comunicaciones de fibra óptica actuales utilizan fibra de cuarzo. Para garantizar que la luz pueda transportar información a largas distancias sin pérdidas, debemos considerar qué longitudes de onda de luz se transmiten mejor a través de la fibra.
En la banda del infrarrojo cercano, la pérdida de la fibra de cuarzo ordinaria disminuye al aumentar la longitud de onda, excluyendo los picos de absorción de impurezas. Existen tres "ventanas" de longitud de onda con muy baja pérdida: 0,85 μm, 1,31 μm y 1,55 μm. La longitud de onda de emisión del láser de la fuente de luz y la respuesta de longitud de onda del fotodiodo fotodetector deben alinearse con estas tres ventanas de longitud de onda. Específicamente, en condiciones de laboratorio, la pérdida a 1,55 μm ha alcanzado 0,1419 dB/km, acercándose al límite de pérdida teórico para la fibra de cuarzo.
La luz en este rango de longitud de onda puede penetrar relativamente bien el tejido biológico y tiene aplicaciones en áreas como la terapia fototérmica. Por ejemplo, Yue et al. construyeron nanopartículas dirigidas a heparina-folato utilizando el tinte de cianina en el infrarrojo cercano IR780, que tiene una longitud de onda de absorción máxima de aproximadamente 780 nm y una longitud de onda de emisión de 807 nm. A una concentración de 10 mg/ml, la irradiación con láser (láser de 808 nm, densidad de potencia de 0,6 W/cm²) durante 2 minutos aumentó la temperatura de 23 °C a 42 °C. Se administró una dosis de 1,4 mg/kg a ratones con tumores MCF-7 con receptor de folato positivo y los tumores se irradiaron con luz láser de 808 nm (0,8 W/cm²) durante 5 minutos. Se observó una reducción significativa del tumor durante los días siguientes.
Otras aplicaciones incluyen lidar infrarrojo. La actual banda de longitud de onda de 905 nm tiene una débil capacidad de interferencia climática y una penetración insuficiente en la lluvia y la niebla. La radiación láser a 1,5 μm cae dentro de la ventana atmosférica de 1,5 a 1,8 μm, lo que produce una baja atenuación en el aire. Además, 905 nm se encuentra dentro de la banda peligrosa para los ojos, lo que requiere una limitación de potencia para minimizar el daño. Sin embargo, 1550 nm es seguro para la vista, por lo que también encuentra aplicaciones en lidar.
En resumen,láseresen estas longitudes de onda son maduros y rentables, y exhiben un rendimiento excelente en diversas aplicaciones. Estos factores combinados han llevado al uso generalizado de láseres en estas longitudes de onda.
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