האם אתה יודע על לייזרים במצב מוצק בינוני אינפרא אדום? (חלק 1)

פס אמצע אינפרא אדוםמתייחס לרצועה מסוימת בטווח אורך גל אינפרא אדום, עקב דרישות יישום שונות, לטווח של אורך גל אמצע אינפרא אדום יש הגדרות שונות בתחומי יישום שונים. איגוד התאורה הבינלאומי מגדיר אינפרא אדום בינוני כ-3-1000מיקרומטר; בצבא מוגבל בדרך כלל ל-3-5 מיקרומטר; בתחום טכנולוגיית הלייזר, טווח אורך הגל של הלייזר האמצעי אינפרא אדום מתייחס בדרך כלל לפס 2-5 מיקרומטר.

(1) תקשורת חלל

פס האינפרא אדום האמצעי ממוקם בחלון הקליטה של ​​האטמוספירה. כפי שניתן לראות מאיור 1, בפס האינפרא אדום האמצעי, השידור של רוב אורכי הגל הוא מעל 60 אחוזים, חלקם גבוהים עד 90 אחוזים, ומספר קטן של אורכי גל נמוך מאוד בגלל הקליטה והשידור. של מולקולות CO2, H2O ו-O3. לכן, הלייזר הבינוני אינפרא אדום יכול לממש שידור למרחקים ארוכים באטמוספירה ויש לו מגוון רחב של יישומים בחישה מרחוק, זיהוי ותחומים אחרים.

פס האינפרא אדום האמצעי של 3-5 מיקרומטר הוא החלון של אובדן נמוך, מערבולות חלשה ורעשי רקע חלשים של האטמוספירה, שיכול להתגבר היטב על השפעת ערוצים אטמוספריים, והוא הרצועה האידיאלית עבור לייזר למרחקים ארוכים תקשורת במרחב.

הנתונים המהירים שיש לשדר מקודדים וטעונים על פלט הספק האופטי על ידי מקור הלייזר האמצעי אינפרא אדום ליצירת אות הלייזר האמצעי של האינפרא אדום, ולאחר מכן מוגבר על ידי הכוח האופטי ואנטנת השידור כדי להרחיב את האלומה. מטרת הרחבת הקרן היא לדחוס את זווית הדיברגנציה של הקרן ולהפחית את אובדן הסטיה של קרן הלייזר באטמוספירה, ולאחר מכן לשדר דרך הערוץ האטמוספרי לקצה הקולט. הוא מועבר על ידי האנטנה המקבלת ומומר על ידי גלאי הצילום האינפרא אדום הבינוני, ולבסוף מעובד על ידי יחידת עיבוד הנתונים כגון מפענח הקו, הנתונים המהירים המקוריים מתקבלים.

(2) יישומים רפואיים

מולקולות מים הן חלק חשוב ברקמה הביולוגית (ספקטרום ספיגת המים מוצג באיור 3). ההשפעה התרמית של מולקולות מים על ספיגה אינטנסיבית של לייזר של 1.9-2מיקרומטר יכולה להשיג דימום מהיר ולהפחית את הנזק לרקמת האדם במהלך הניתוח. לכן, לייזרים ברצועה זו נמצאים בשימוש נרחב בכירורגיה קלינית.

המקרים שנעשה בהם שימוש בכירורגיה קלינית כוללים כריתה של גידולים שפירים וממאירים כגון אנגיוצראטומה וגידול במוח, ניתוח אף כגון פוליפים באף, היפרפלזיה זקיקית של דופן הלוע האחורי, היפרטרופיה של הטורבינה התחתונה, טרנספוזיציה של רירית הרחם, דלקת שלפוחית ​​השתן הבלוטה. , היפרטרופיה של הערמונית, ליטוטרפסיה, ניקוב שריר הלב בלייזר, כריתת מפרקים, ציסטה מפרק וכריתת רקמות רכות אחרות וטיפול באוסטאוארתריטיס וכו'.

לשיטה רפואית זו יש יתרונות של פחות או ללא דימום, ללא צורך בטמפונדה, פציעה קטנה, ריפוי מהיר של המשטח הפגוע ושיטה כירורגית פשוטה.

(3) יישומים צבאיים

טכנולוגיית שיבוש אינפרא אדום כיוונית היא מעין טכנולוגיית חסימה אקטיבית אינפרא אדום, לאחר שקרן הלייזר מגיעה ליחס התפשטות אלומה מסוים, כאשר יש טיל מתקרב, מכשיר המעקב משמש לכוון את אנרגיית השיבוש לכיוון הטיל הנכנס, מה שגורם מחפש הטילים להיכשל ולסטות מהמטרה.

המעבדה הימית של ארצות הברית פיתחה בהצלחה את מערכת הלוחמה האלקטרונית הטקטית נגד ספינות רב-רצועות (MATES) עבור מערכת הלוחמה האלקטרונית המשולבת (AIEWS), המשתמשת במקור אור בעיקר בטווח הספקטרלי של אינפרא אדום גל בינוני ורחוק- מכשירי לייזר אינפרא אדום.

(4) עיבוד תעשייתי

לפלסטיק שקוף יש ספיגה קטנה של פס של 1μm, בעוד שלרוב החומרים האורגניים יש מספיק ספיגה של 2μm, כך שניתן להשתמש בהם ישירות בתחומי החיתוך, הריתוך, החריטה ועיבוד אחר של חומרים שקופים. עם הפופולריות הגוברת של טכנולוגיית הדפסת תלת מימד בלייזר, ייצור הדפסת תלת מימד של חומרים אורגניים שקופים יתפתח מהר יותר.

(5) ניטור גזים

פס האינפרא אדום האמצעי מרכז את קווי הקליטה של ​​מספר רב של מולקולות גז, ועוצמת הספיגה שלו חזקה פי 2-3 מזו של פס האינפרא אדום. לכן, ללייזר אמצע אינפרא אדום מגוון רחב של ערך אזרחי בתחום גילוי גז עקבות. מכיוון ששיאי הספיגה של CO2, CH4 ו-C2H6 נמצאים ברצועות של 2.8 מיקרומטר, 3.2 מיקרומטר ו-3.3 מיקרומטר בהתאמה, ניתן ליישם את הלייזר הבינוני-אינפרא אדום הרציף בספקטרוסקופיה מולקולרית כדי לשפר את הרגישות של ניטור גז עקבות.

טכנולוגיית ייצור לייזר מוצק אינפרא אדום בינוני

עבור טכנולוגיית לייזר במצב מוצק, ניתן לחלק את שיטות היצירה של פס האינפרא אדום האמצעי לפליטת יונים ישירה מסוממים וטכנולוגיית המרה לא ליניארית.

הפליטה הישירה של יונים מסוממים היא פליטה של ​​פוטונים אמצע אינפרא אדום דרך מעבר רמת האנרגיה של יונים. מפעילי מצב מוצק נפוצים כוללים יוני אדמה נדירים (Tm3 plus , Ho3 plus , Er3 plus וכו') ויוני מתכת מעבר (Fe2 plus , Cr2 plus וכו').

טכניקות המרת תדר לא ליניארי כוללות תדר הבדל, תנודה פרמטרית אופטית ופיזור ראמאן מגורה, אשר נקבעות בעיקר על ידי התכונות של גבישים לא ליניאריים.

(1) לייזר במצב מוצק מסומם בתוליום

רצועת הפליטה של ​​לייזר thulium נמצאת בשיא הספיגה של מולקולות מים (1.92-1.94μm), ולכן לייזר thulium הוא לייזר רפואי מבטיח בעל יעילות גבוהה ונזק תרמי נמוך ביישום בניתוח. בנוסף, ניתן להשתמש בלייזרים המסוימים בתוליום כמקורות שאיבה למערכות לייזר מסוימות הוליום וללייזרים פרמטריים אינפרא אדום בינוניים.

שיא הספיגה של חומרים מסוממים בתוליום הוא סביב 790 ננומטר, המתאים לשאיבת מוליכים למחצה. חומרי מטריצה ​​נפוצים המסוימים ב-thulium כוללים YAG, YLF, LuAG, YAP וכו'. בשנים האחרונות, חומרי רווח חדשים המבוססים על קרמיקה ססקיאוקסיד, כגון Tm: Lu2O3, ו-Tm:(Lu, Sc)2O3, נחקרו גם הם בהרחבה. .

רמת האנרגיה של יון התוליום מתרחבת תחת פעולת שדה הגביש של החומר המטריצה, ורוחב רמת האנרגיה ומרווח הפס שונים, אך המאפיינים הבסיסיים דומים, וקווי ספקטרום הפליטה מרוכזים בעיקר בטווח של 1.9-2.1 מיקרומטר. ניתן להשיג פלט מתכוונן עם רוחב קו צר על ידי כוונון אלמנטים כגון רשת Bragg נפח עם ספקטרום הקרינה הרחב שלו.

פרטי התקשרות:

אם יש לך רעיונות, אתה מוזמן לדבר איתנו. לא משנה היכן נמצאים הלקוחות שלנו ומהן הדרישות שלנו, אנו נפעל לפי המטרה שלנו לספק ללקוחותינו איכות גבוהה, מחירים נמוכים, והשירות הטוב ביותר.