Uporaba laserjev iz utripa z vlakninami srednjega infrardečega

Srednji infrardeči laserse nanaša na elektromagnetne valove z valovno dolžino v pasu 3 μm ~ 1000 μm; Na področju laserske tehnologije je srednja infrardeča na splošno opredeljena kot 2 μm ~ 5 μm pas. Srednje infrardeči laserji imajo edinstvene valovne dolžine in značilnosti molekularne absorpcije in so primerni za različne scenarije uporabe; Medtem ko so impulzni vlakni laserji pokazali širok potencial uporabe pri industrijski obdelavi in ​​drugih poljih s svojimi prednosti, kot so kakovost visoke snopa, dobra stabilnost in kompaktna struktura.

Srednje infrardeči pas vsebuje dve glavni okni za menjalnik atmosfere (3 ~ 5 μm in 8 ~ 12 μm regij). V teh pasovih je absorpcija glavnih komponent v atmosferi zelo nizka, tako da je mogoče doseči prenos na dolge razdalje, ki je primeren za daljinsko zaznavanje, odkrivanje in druga polja.
Srednje infrardeči pas se nahaja v temeljnem območju vibracijskih resonanc večine molekul, številne tekočine, plini in nedetalni materiali pa imajo močno absorpcijo srednje infrardeče svetlobe. Zaradi te funkcije so srednji infrardeči laserji pomembne aplikacije v spektralni analizi, spremljanju okolja, medicinske diagnoze in drugih polj.

Ključne tehnologije srednjega infrardečega laserjev z vlakninami
1. pridobite srednje izbiro
① Redke vlakna z zemljo:
ER³⁺ (Erbium ion): Običajno se uporablja za doseganje laserskega izhoda v 2,7 ~ 2,8 μm pasu, primeren za medicinsko, atmosfersko daljinsko zaznavanje in druga polja. Njegova struktura energije omogoča, da v določenih črpalnih pogojih ustvarja srednje infrardeče laserje.
Ho³⁺ (Holmium ion): lahko ustvari laserje v 2. 0 ~ 2,1 μm pasu, ki je pogosto dopolnjen z drugimi ioni (na primer sočasno s pr³⁺) za optimizacijo laserskih zmogljivosti. Ta pas je v atmosferskem prenosnem oknu, varen za človeške oči in ima vrednost uporabe v laserskem radarju in drugih poljih.
TM³⁺ (Thulium ion): lahko ustvari laserje v 2,3 μm pasu, kar je smiselno za določeno specifično spektralno analizo in aplikacije.
② Nelinearna pretvorba frekvence:
OPO (optični parametrični oscilator): Na podlagi parametričnega postopka amplifikacije v nelinearnih kristalih se energija črpalke pretvori v signalno luč in svetlobo v prostem teku. Z izbiro ustreznih nelinearnih kristalov in oscilatorskih modelov lahko dobite laserski izhod v srednjem infrardečem pasu, nastavitev pa je mogoče doseči v širšem območju valovne dolžine.
DFG (stimulirano Ramanovo razprševanje): Srednje infrardeči laserji se ustvarijo z ramanskim učinkom razprševanja. S prilagoditvijo parametrov svetlobe črpalke in značilnosti Ramanovega medija je mogoče doseči srednje infrardeče laserske izhode različnih valovnih dolžin, vendar je običajno potrebna večja moč črpalke.
2. Mehanizem za nastajanje impulzov
① Tehnologija preklopa:
Aktivno preklop Q: izguba ali moč črpalke laserja nadzira zunanji modulacijski signal, tako da se gostota fotona v laserski votlini občasno spreminja in s tem ustvari impulzni laserski izhod. Na primer, laser je moduliran z uporabo komponent, kot sta acouto-optični modulator ali elektro-optični modulator za ustvarjanje impulzov. Ta metoda lahko natančno nadzoruje ponavljajočo se frekvenco in širino impulza impulza, vendar zahteva dodatno modulacijsko opremo, ki poveča kompleksnost sistema.
Pasivno Q-preklapljanje: Nelinearne absorpcijske značilnosti pasivnih komponent, kot so nasičeni absorberji, se uporabljajo za modulacijo gostote fotona v laserski votlini. Ko gostota fotona doseže določen prag, se spreminja absorpcijski koeficient nasičenega absorberja in s tem spremeni izgubo laserske votline in ustvarja impulzne laserje. Pasivno preklapljanje Q ima preprosto strukturo in nizke stroške, vendar je frekvenca ponavljanja in širino impulza impulza razmeroma težko nadzorovati.
② Tehnologija zaklepanja načina:
Materialno nasičeno absorpcijsko absorpcijsko (MSA) Način zaklepanja: Materiali z optičnimi nelinearnimi značilnostmi absorpcije se uporabljajo kot naprave, ki zaklepajo na način, kot so komercialna polprevodniška nasičeno absorbersko zrcalo (SESAM) in novi nanomateriali (kot so grafen, ogljikove nanotube itd.). Ti materiali imajo močno absorpcijo za šibko svetlobo in visoko prepustnost za močno svetlobo, s čimer dosežejo zoženje intrakavitasti impulza in ustvarjajo impulze, zaklenjene na način.
Zaklepanje nelinearnih polarizacijskih vrtenja (NPR): S pomočjo nelinearnega Kerr učinka samega optičnega vlakna se v različnih polarizacijskih smereh uporabijo različni nelinearni fazni premiki. Pod delovanjem polarizacijske naprave Intracavity ima resonančna votlina značilnosti, podobne nasičeni absorpciji, s čimer dosežemo zaklepanje načina. Ta tehnologija ni omejena z vrzeli v pasu in sprostitvenem času materiala, ima prehodne lastnosti okrevanja in visoke globine modulacije in praga poškodbe ter je primerna za ustvarjanje femtosekundnih impulzov z veliko močjo.
Način povratnega frekvenčnega premika (FSF) Zaklepanje: Z določenim mehanizmom povratnih informacij se frekvenca dela izhodne svetlobe premakne in dovaja nazaj v lasersko votlino, pri čemer se v votlini interakcijo v interakciji s svetlobnim poljem, da tvori stabilno zaporedje impulza. Ta metoda zaklepanja načina lahko doseže visoko frekvenco ponavljanja in ozko širino impulza.
3. Glavni izzivi
① Termično upravljanje:
Laserji za pulzne vlakne srednje infrardečega med delovanjem ustvarjajo veliko toplote. Če toplote ni mogoče odpraviti pravočasno in učinkovito, bo privedla do težav, kot sta degradacija laserja in poškodba vlaken. Zato je treba sprejeti učinkovito tehnologijo disipacije toplote in ukrepe toplotnega upravljanja, na primer z uporabo materialov iz matriksa vlaken z visoko toplotno prevodnostjo, oblikovanje razumnih struktur za odvajanje toplote in uporabo hladilnih naprav za zagotovitev stabilnega delovanja laserja.
② Učinek zatemnitve fotona:
V pogojih črpanja z veliko močjo bo učinek temnenja fotona v optičnih vlaknih z redko zemljo vplival na delovanje in življenjsko dobo laserja. Photono temnenje se nanaša na pojav, da ko laserski material obsevamo z močno svetlobo, elektrone, ki nastanejo z vzbujanjem svetlobe, zajamejo v lovsko središče, kar ima za posledico spremembe v značilnosti absorpcije in emisij materiala. Da bi zmanjšali vpliv učinka temnenja fotona, je treba optimizirati dopinško koncentracijo optičnega vlakna, izboljšati postopek priprave optičnega vlakna, izbrati ustrezen vir črpalke in delovne pogoje itd.
③ Omejitve materialov za optična vlakna srednjega infrardečega:
Trenutno so vrste materialov optičnih vlaken, ki jih je mogoče uporabiti v pasu srednjega infrardečega, omejene, v postopku risanja pa so še vedno nekaj težav, optičnih lastnosti in mehanskih lastnosti optičnih vlaken. Na primer, čeprav je fluoridna steklena vlakna pogosto uporabljen material matriksa optičnih vlaken srednjega infrardečega, je njegova fononska energija relativno visoka, kar omejuje emisijsko valovno dolžino laserja; Sulfide Steklena vlakna ima težave, kot sta slaba kemična stabilnost in težave pri pripravi. Zato je treba nenehno raziskovati in razvijati nove materiale optičnih vlaken srednjega infrardečega, da bi zadostili razvojnim potrebam laserjev iz srednjega infrardečega vlaken.

Glavna območja uporabe
1. medicinsko in biološko slikanje
① Laserska operacija
Načelo: Srednje infrardeči laserji (2-5 μm pasu) lahko močno absorbiramo z molekulami vode, približno 70% človeškega tkiva pa je voda. To omogoča, da se energija srednjega infrardečega laserjev koncentrira na površino, ko pridejo v stik s človeškim tkivom, kar zmanjša toplotne poškodbe okoliških tkiv. Na primer, v oftalmični kirurgiji lahko to značilnost uporabimo za izvajanje visoko natančnega rezanja roženice, ne da bi pri drugih očesnih tkivih povzročili nepotrebne poškodbe.
Prednosti: V primerjavi s tradicionalno vidno svetlobo ali skoraj infrardečimi laserskimi operacijami ima srednja infrardeča laserska operacija večjo natančnost in nižje toplotne učinke, ki lahko dosežejo bolj občutljive kirurške operacije in zmanjšajo bolnikov bolečine in čas okrevanja.
② Slikanje brez etiket
Načelo: Na primer, tehnologija optične koherenčne tomografije (OCT) uporablja nizke značilnosti razprševanja srednje infrardečega laserja za izvajanje tomografskega slikanja bioloških tkiv z visoko ločljivostjo. Ko se na tkivih obseva srednja infrardeča svetloba, bodo tkivne plasti na različnih globinah odražale povratne svetlobne signale različnih intenzivnosti. Z zbiranjem in obdelavo teh signalov prek detektorjev lahko zgradimo tridimenzionalno strukturno podobo tkiva.
Prednosti: Ta metoda slikanja ne potrebuje obarvanja ali označevanja tkiv, pri čemer se izognemo poškodbam in kemični kontaminaciji, da lahko tradicionalne metode obarvanja povzročijo tkiva in lahko v realnem času pridobijo dinamične informacije o tkivih, kar zagotavlja močno orodje za zgodnjo diagnozo in zdravljenje bolezni.
2. spremljanje okolja in zaznavanje plina
① Zaznavanje plina v sledovih
Načelo: Številni plini v sledovih (na primer co₂, ch₄ itd.) Imajo značilne absorpcijske vrhove v pasu srednjega infrardečega pasu. Z namenom laserja, ki ga oddaja srednje infrardeči impulzni vlakni, na vzorcu plina, ki ga je treba testirati, in merjenje spremembe energije, potem ko plin absorbira svetlobo specifične valovne dolžine, lahko določimo koncentracijo plina. Na primer, Co₂ ima močan absorpcijski vrh pri 4,26 μm. Z odkrivanjem slabljenja laserske energije na tej valovni dolžini lahko sklepamo o koncentraciji CO₂.
Prednosti: Laserji iz srednjega infrardečega impulznega vlaken imajo značilnosti visoke občutljivosti in visoke ločljivosti ter lahko odkrijejo sledilne pline pri izjemno nizkih koncentracijah, kar je velik pomen za spremljanje okolja, nadzor industrijskih procesov in raziskave podnebnih sprememb.
② Analiza onesnaževanja z atmosferi
Načelo: onesnaževala v atmosferi (kot so dušikovi oksidi, sulfidi itd.) Imajo tudi različne lastnosti absorpcije v pasu srednjega infrardečega pasu. S skeniranjem atmosfere s srednje infrardečim laserjem iz vlaknin lahko odkrijemo koncentracijsko porazdelitev več onesnaževal hkrati. Na primer, z analizo absorpcije laserjev različnih valovnih dolžin v atmosferi je mogoče narisati zemljevid prostorske porazdelitve onesnaževal.
Prednosti: Ta daljinska metoda merjenja, ki ni v stiku, lahko hitro in široko pridobi informacije o onesnaževanju z atmosferi brez zbiranja vzorcev, kar zagotavlja učinkovita sredstva za varstvo okolja in oceno kakovosti zraka.
3. Industrijska obdelava
① Polimer/polprevodniška natančna obdelava
Načelo: Srednje infrardeče laserje lahko močno absorbiramo s polimeri in polprevodniškimi materiali, zaradi česar se molekularne vezi znotraj materialov zlomijo, s čimer dosežemo odstranjevanje ali spremembo materiala. Med postopkom obdelave natančnosti lahko z natančnim nadzorom parametrov laserja (na primer širine impulza, gostote energije itd.) Material lahko razrežete, izvrtate, vgravirate in druge operacije izvajate z visoko natančnostjo. Na primer, pri proizvodnji polprevodniških čipov lahko srednje infrardeči laserji uporabimo za doseganje mikro obdelave silicijevih rezin in izboljšajo integracijo in delovanje čipov.
Prednosti: V primerjavi s tradicionalno mehansko obdelavo ali tehnologijo fotolitografije ima laserska obdelava srednjega infrardeča prednosti nekontaktnega, visoke natančnosti in visoke učinkovitosti, ki se lahko izognejo mehanskim stresom in poškodbam materialov ter izboljšajo kakovost in zanesljivost izdelka.
②INFRARDEN TRANSPARENT RECTING
Načelo: Nekateri infrardeči prozorni materiali (na primer steklo s halkogenidom) imajo dobro prepustnost v pasu srednjega infrardečega. Ko te materiale razrežemo s srednjimi infrardečimi impulznimi vlakninami, se laserska energija absorbira znotraj materiala in pretvori v toplotno energijo, zaradi česar se material delno stopi ali izhlapi, s čimer dosežemo rezanje. S prilagajanjem skenirajoče poti in parametrov laserja je mogoče razrezati materialne dele različnih oblik in velikosti.
Prednosti: Ta metoda rezanja ima prednosti gladkih robov, visoke natančnosti in majhnega toplotno prizadetega območja, ki lahko ustreza potrebam infrardečih optičnih sistemov, vesoljskih in drugih polj za visokozmogljive infrardeče prozorne materialne dele.
4. Nacionalna obramba in varnost
①infrardeči protiukrepi
Načelo: V vojaških aplikacijah lahko srednje infrardeči laserji z vlakninami uporabijo za oddajanje infrardečih laserskih žarkov z visoko močjo, da se motijo ​​ali uničujejo sovražno infrardeče opremo za odkrivanje, vodeno orožje itd., Na primer, tako da izpuščajo laserje z enakim delovnim valovnim dolžino, kot je v invalidirano, da je njegov detektor.
Prednosti: Srednje infrardeči laserji imajo dobre značilnosti prenosa atmosfere in močne zmogljivosti proti medsebojnosti. Učinkovito lahko izvajajo infrardeče protiukrepe v zapletenih okoljih na bojišču in izboljšajo bojno učinkovitost in preživetje vojaške opreme.
② Laser Radar (Lidar)
Načelo: Lidar izračuna razdaljo, smer, višino in druge informacije cilja z oddajanjem laserskih impulzov in sprejemanjem signalov, ki jih odraža cilj. Laserji za pulzne vlakne srednje infrardečega lahko dosežejo daljše razdalje in večje natančno odkrivanje ciljev zaradi kratkih impulzov in visoke največje moči. Na primer, v aplikacijah, kot so topografsko preslikavo in ciljna identifikacija, lahko srednje infrardeči laserski radar pridobi podrobnejše ciljne informacije.
Prednosti: V primerjavi s tradicionalnimi mikrovalovnimi radarji imajo srednji infrardeči laserski radarji večjo ločljivost in natančnost, lahko bolje prepoznajo in razvrstijo cilje ter imajo pomembne možnosti uporabe pri obrambni izvidnici, avtonomni vožnji in drugih področjih.
③ Oddaljeno odkrivanje eksploziva
Načelo: Številni eksplozivi (kot so dinamit, droge itd.) Ima značilne spektre v pasu srednjega infrardečega. Uporabite srednje infrardeče laserje impulznih vlaken za osvetlitev ciljev na dolge razdalje, zbirate spektralne signale, ki se odražajo s cilji, in ugotovite, ali eksplozivi obstajajo z analizo spektralnih značilnosti. Na primer, v varnostnih inšpekcijskih mestih, kot so letališča in pristanišča, lahko za pregled osebja in prtljage uporabite srednje infrardeče lasersko opremo za odkrivanje daljincev.
Prednosti: Ta metoda daljinskega upravljanja ima prednosti nekontaktnega, hitrega in natančnega. Lahko pravočasno odkrije morebitne nevarnosti za varnost, ne da bi to vplivalo na normalno poslovanje in zagotovilo javno varnost in socialno varnost.
5. Znanstvene raziskave
① Ultrafast spektroskopija
Načelo: Ultra hitra spektroskopija preučuje spremembe spektralnih značilnosti snovi v izjemno kratkem času (femtosekund, ravni pikosekund). Laserji iz srednjega infrardečega impulznega vlaken lahko proizvajajo izjemno kratke impulzne laserje, ki jih lahko uporabimo za vzbujanje vzorcev in odkrivanje njihovih ultra hitrih spektralnih odzivov. Na primer, s tehnologijo črpalke se vzorec črpa s srednjim infrardečim laserjem, da ustvari vzbujeno stanje, nato pa se za zaznavanje spektralnih sprememb vzorca v različnih obdobjih zamude uporabi še en laserski žarek, tako da se preuči ultra hitra procese, kot sta elektronsko stanje in vibracija snov.
Prednosti: Ponuja močno raziskovalno metodo za področja, kot so kemija, fizika in znanost o materialih, ki pomaga globoko razumeti notranjo strukturo in dinamični proces snovi.
② Manipulacija s hladno molekulami
Načelo: Interakcija med srednjimi infrardečimi laserji in molekulami lahko uporabimo za zajem, premikanje in manipuliranje s hladnimi molekulami. Z natančno prilagajanjem frekvence, intenzivnosti in faze laserja se lahko oblikuje specifični optični potencial za zaprtje hladnih molekul in uresničitev nadzora gibanja molekul. Na primer, na področju kvantnega računalništva in kvantne obdelave informacij lahko srednje infrardeče laserje uporabimo za manipulacijo s kvantnim stanjem hladnih molekul za dosego delovanja kvantnih bitov.
Prednosti: Ponuja novo eksperimentalno platformo za raziskave kvantne fizike, kemijske fizike in drugih polj, pričakuje pa se, da bo pomembna preboj v kvantnem računalništvu, kvantnim simulaciji in drugih vidikih.
③ Generacija atosekundnih impulzov
Načelo: S pomočjo nelinearnih optičnih procesov, kot je harmonična generacija visokega reda (HHG), lahko srednje infrardeči laserji iz vlaken ustvarijo ultrashortne impulze na ravni atosekund (10⁻¹⁸ sekunde). Ko srednje infrardeči laserji delujejo z atomi ali molekulami, se ustvarijo harmonike visokega reda. Pogostosti teh harmonikov so v ekstremnem ultravijoličnem (XUV) pasu, njihove širine impulz pa lahko dosežejo raven atosekund.
Prednosti: Zagotavlja izjemno dolgotrajno ločljivost za preučevanje ultra hitrih procesov, kot sta jedrsko gibanje in dinamika elektronov, kar pomaga pri nadaljnjem razkrivanju skrivnosti mikroskopskega sveta snovi.

Če povzamemo, so srednje infrardeči laserji iz vlaken pokazali široke možnosti uporabe in velik potencial na področju medicinskega in biološkega slikanja, okoljskega spremljanja in zaznavanja plina, industrijske obdelave, nacionalne obrambe in varnosti ter znanstvenih raziskav. Z nenehnim razvojem in izboljševanjem tehnologije se verjame, da bodo srednje infrardeči impulzni vlakni laserji igrali pomembno vlogo na več področjih in prinesli več blaginje in napredka človeški družbi.

Kontaktni podatki:

Če imate kakšne ideje, se lahko pogovorite z nami. Ne glede na to, kje so naše stranke in kakšne so naše zahteve, bomo sledili našemu cilju, da svojim strankam zagotovimo kakovostne, nizke cene in najboljšo storitev.